Panduan Kalibrasi Oven Draft ) ( Draft
1. Pendahuluan
Panduan ini dibuat sebagai pedoman dalam rangka harmonisasi prosedur kalibrasi oven yang dilakukan oleh laboratorium kalibrasi yang terakreditasi oleh KAN maupun laboratorium lain yang memerlukan. Panduan ini mengacu terutama kepada dokumen AS 2853 1986: EnclosureTemperature-controlled-performance testing and grading ,
dengan
beberapa
penyederhanaan, dan dokumen lain yang relevan. Kalibrasi oven dilakukan untuk mengetahui keseragaman suhu di dalam ruangan oven dan sebagai acuan untuk menentukan kelayakan oven untuk tujuan pemakaian tertentu.
2. Lingkup
Yang dimaksud dengan oven adalah sebuah fasil itas teknik yang memungkinkan diwujudkannya nilai-nilai suhu udara yang ditentukan secara selektif dalam s ebuah volume tertutup dalam suatu rentang kerja. Panduan ini berlaku untuk penentuan karateristik suhu oven yang digunakan di industri. Karakteristik suhu yang dimaksud ditentukan pada keadaan tanpa beban dalam keadaan tunak (steady-state). Penentuan karakteristik suhu ini tidak memperhitungkan parameter lain seperti kelembaban, aliran udara maupun emisifitas dinding yang bisa jadi dapat dikendalikan. Panduan ini berlaku bagi semua oven untuk semua ukuran/dimensi, rentang suhu, moda operasi, metode konstruksi maupun jenis dan tujuannya. Daerah kerja adalah bagian dalam oven yang akan ditentukan karakterist ik suhunya. Untuk sebagian besar oven, ruang kerja adalah keseluruhan ruangan bagian dalam oven.
3. Dokumen acuan AS 2853 1986: Enclosure-temprrature-c Enclosure-temprrature-controlled-perfor ontrolled-performance mance testing , NATA,
Australia
Des 2011 - GZ
1/9
Panduan Kalibrasi Oven - Draft
ASTM International, ASTM E 145 – 94 (2006): Standard Specification for GravityConvection and Forced Ventilation Oven, PA, US
DKD, Guideline DKD-R 5-7 : Calibration of climatic chambers, Braunschweig G-20: Guidelines for Calibration and Checks of Temperature Controlled Enclosures: Thailand Laboratory Accreditation Scheme (TLAS)
Abdelaziz, Y.A., Guidelines for assessment of temperature uniformity and investigation of the measurements uncertainty within laboratory oven , Proceedings,
XVII IMEKO World Congress, June 2003, Dubrovnik, Croatia USBR 1020 89, Procedure for Calibrating Oven, Colorado
4. Prinsip kalibrasi
4.1. Pengukuran suhu dilakukan pada lokasi-lokasi titik ukur tertentu di dalam daerah kerja (working space) oven selama 1 jam atau 5 siklus terhitung setelah tercapai suhu yang stabil. Variasi total dihitung dari nilai suhu maksimum dan minimum dari semua lokasi titik ukur. Variasi total merupakan indikator unjuk kerja dari oven yang dikalibrasi. 4.2. Penentuan jumlah lokasi titik ukur dan jumlah sensor suhu yang digunakan adalah seperti diuraikan pada bagian 6.1. 4.3.Selama proses kalibrasi berlangsung suhu ambien tidak boleh berubah lebih dari 10 o
C. Sumber daya listrik tidak boleh berubah lebih dari 10% atau seperti yang
dipersyaratkan oleh pabrik pembuat oven. 4.4. Apabila pembacaan dan/atau perekaman suhu dilakukan secara manual, pembacaan harus dilakukan sehingga variasi suhu jangka pendek (karena pengaruh siklus pengendali suhu) dapat terekam.
5. Sensor Suhu
5.1. Sensor suhu yang digunakan harus terkalibrasi dalam rentang yang sesuai dengan rentang pemakaian. Sensor suhu dipilih mempunyai ketidakpastian tidak lebih dari 1/3 (sepertiga) dari variasi total maksimum yang diijinkan. 5.2. Resolusi indikator sensor suhu yang digunakan tidak boleh lebih dari 1/10 (sepersepuluh) dari variasi total maksimum yang diijinkan. 5.3. Sensor suhu harus mempunyai waktu respon yang lebih cepat dari pada variasi temporal oven.
Des 2011 - GZ
2/9
Panduan Kalibrasi Oven - Draft
5.4. Semua sensor suhu yang digunakan harus mempunyai waktu respon yang sama. Misalnya dengan menggunakan termokopel yang berasal dari gulungan yang sama. 5.5. Sensor suhu ditempatkan pada lokasi titik ukur dengan tidak menempel pada dinding oven.
6. Prosedur kalibrasi
6.1. Penentuan jumlah lokasi titik ukur dan jumlah sensor suhu yang digunakan. Untuk menghitung jumlah lokasi titik ukur dan jumlah sensor suhu yang diperlukan dilakukan langkah-langkah sebagai berikut 6.1.1. Penentuan suhu kalibrasi nominal dan toleransi suhunya, ∆t . Nilai toleransi suhu dapat diperoleh dengan salah satu cara sebagai berikut. 6.1.1.1.Dari spesifikasi oven yang terdapat pada manual pemilik/pengguna, atau 6.1.1.2. Apabila tidak informasi dari manual, toleransi dapat dimintakan dari pelanggan. Dalam hal ini toleransi suhu diartikan sebagai nilai toleransi yang diinginkan, yang belum tentu tercapai, atau 6.1.1.3. Toleransi suhu adalah 1,5x ketidakpastian s ensor suhu yang digunakan. 6.1.2. Menentukan nilai variasi total teoritik, Ro, dengan Persamaan 1
Ro
=
2 ∗ ∆t
(1)
6.1.3. Menghitung faktor pengkelasan (grading factor) teoritik, f , dengan persamaan 2 f
=
(100 ∗ Ro ) (100 + D )
(2)
dimana D adalah selisih suhu kalibrasi nominal dan suhu ruang.
6.1.4. Menentukan kelas (Grade) teoritik, G, dengan menggunakan persamaan 3 G
=
8 − 6,64 ∗ log f m
(3)
Dimana f m adalah faktor pengkelasan maksimum teoritik terdekat yang diperoleh dari tabel 1 dengan menggunakan nilai f yang diperoleh dari langkah 6.1.3 sebelumnya.
Des 2011 - GZ
3/9
Panduan Kalibrasi Oven - Draft
Tabel 1. Kelas dan faktor pengkelasan oven Grade (G)
Maximum
Maximum permissible overall variation (Rm) °C
permissible grading factor (fm)
D = 30
D = 100
D = 300
D = 1000
1
11.3
15
23
45
120
2
8.0
10
16
32
88
3
5.66
7.4
11
23
62
4
4.00
5.2
8.0
16
44
5
2.83
3.7
5.7
11
31
6
2.00
2,6
4.0
8.0
22
7
1,41
1.8
2.8
5.7
16
8
1.00
1.3
2.0
4.0
11
9
0.707
0.92
1.4
2.8
7.8
10
0.500
0.65
1.0
2.0
5.5
11
0.354
0.46
0.71
1.4
3.9
12
0.250
0.33
0.50
1.0
2.8
13
0.177
0.23
0.35
0.71
2.0
14
0.125
0.16
0.25
0.50
1.4
6.1.5. Menentukan jumlah lokasi titik ukur dan jumlah sensor suhu yang diperlukan menggunakan persamaan 4.
N = 3 + 3 ∗ G 0, 6
0, 2
∗ V
(4)
Dimana N = jumlah lokasi titik ukur G = kelas atau grade V = volume daerah kerja oven
Jumlah maksimum lokasi titik ukur, N max adalah 40.
6.2. Penempatan sensor suhu Sensor suhu ditempatkan pada lokasi titik ukur sesuai dengan urutan pada Gambar 1 untuk oven berbentuk segi empat dan Gambar 2 untuk oven berbentuk silinder. Des 2011 - GZ
4/9
Panduan Kalibrasi Oven - Draft
Sensor suhu ditmpatkan pada lokasi titik ukur dengan tidak menempel pada dinding oven. Alat bantu pemegang dapat digunakan untuk membantu menempatkan sensor suhu dengan memperhatikan pengaruh suhu terhadap alat tersebut.
10
17E
6A
15F
3A
19E 8F
4F
13A
20E 9A 12F
1C 11F
14A
18E
2A
5A
16E 7F
Position code: C = Centre F = Centre of face A = Cor ner E = Centre of ed e
Gambar 1. Lokasi titik ukur penempatan sensor suhu untuk oven persegi empat
Garis tengah
7
1
16*
18*
2
0 0
11
1
180
1
315
12
2
2
20
17*
6
3
3 4
4 5
225
90
0
6
5
135
9
13
8
7 9
8 10
225
90
0
6
7
15*
4
14*
10
11
9
12
270
5
10 13
11 14
45
315
12 15
180
19
16
13
270
8
14
45
3
15
135
16 (bagian)
0 (derajat)
* untuk rasio panjang/diameter lebih besar dari 5
Gambar 2. Lokasi titik ukur penempatan sensor suhu untuk oven berbentuk silinder
Des 2011 - GZ
5/9
Panduan Kalibrasi Oven - Draft
6.3. Penyetelan suhu oven Suhu oven disetel sesuai dengan suhu nominal kalibrasi dengan menggunakan tombol yang tersedia pada oven. Apabila tidak ada indikator suhu pada oven, maka tombol penyetelan suhu sekaligus dianggap sebagai nilai indikator suhu. 6.4. Pengambilan data Pembacaan dilakukan setelah 1 jam atau 5 siklus terhitung sejak oven teresbut mencapai kestabilan suhu. Data yang diamati dan direkam adalah penunjukan maksimum dan minimum. Tabel 2 memperlihatkan contoh tabel untuk perekaman data dan perhitungannya.
Tabel 2. Contoh tabel perekaman data pengukuran untuk 9 lokasi titik ukur
Set :
°C
No. TC
Nilai standar
Rentang suhu o
(°C) t max
tmin
( C) tmax-tmin
o
Nilai tengah ( C)
½(tmax + tmin)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 Indikator Suhu ruang
6.5.Apabila kalibrasi dilakukan untuk lebih dari satu nilai suhu nominal, maka langkahlangkah 6.3 sampai dengan 6.4 dilakukan kembali untuk nilai nominal suhu berikutnya.
Des 2011 - GZ
6/9
Panduan Kalibrasi Oven - Draft
7.
Pengolahan data
Pengolahan data dilakukan, pertama, dengan mengisi Kolom 4 dan 5 Tabel 2 dengan data selisih suhu maksimum dan suhu minimum serta nilai tengah untuk setiap sensor suhu. Selanjutnya, dilakukan perhitungan untuk menentukan parameter lain sebagai berikut: 7.1. Suhu indikator oven = Nilai tengah indikator 7.2. Suhu oven yang terukur = ½ [(t max)max + (tmin)min] 7.3. Variasi suhu : 7.3.1. Variasi spasial (berdasarkan posisi pada oven) = (Nilai Tengah) max - ( Nilai Tengah)min 7.3.2. Variasi temporal (berdasarkan waktu) = (tmax – tmin)max 7.3.3. Variasi total, Ro, = (t max)max – (tmin)min Selisih antara suhu indikator (7.1) dan suhu oven yang terukur (7.2) harus lebih kecil dari Ro. Apabila diperlukan, Kelas (Grade) yang sebenarnya dari oven dapat dihitung menggunakan persamaan 2 dan 3 pada Bagian 6.1.3 dan 6.1.4. 7.3.4. Suhu ruang = Nilai Tengah Suhu ruang 7.4. Tabel 3 dapat digunakan untuk merangkum hasil perhitungan dengan jumlah baris bergantung kepada jumlah nilai nominal suhu yang diukur.
Tabel 3. Rangkuman hasil perhitungan Setting
Suhu
Suhu
Variasi
Variasi
Variasi Total
(°C)
Indikator
Terukur
Spasial
Temporal (°C)
(°C)
(°C)
(°C)
(°C)
Des 2011 - GZ
7/9
Panduan Kalibrasi Oven - Draft
8. Perhitungan ketidakpastian pengukuran
8.1. Estimasi ketidakpastian pengukuran dilakukan berdasarkan model pengukuran sebagai berikut K
'
=
t benar
'
−
t indikator
dengan: K= koreksi yang harus diberikan pada penunjukan indikator oven untuk memperoleh nilai benar suhu di dalam oven t’indikator ≅ penunjukan indikator oven = nilai tengah indikator t’ benar ≅ perkiraan nilai benar suhu di dalam oven t’ benar ≅ suhu oven terukur = ½ [(Nilai Tengah) max + ( Nilai Tengah)min]
8.2. Sumber ketidakpastian pengukuran Sumber-sumber ketidakpastian yang berkontribusi pada ketidakpastian baku gabungan adalah sebagai berikut. a. Sensor suhu dan indikator yang digunakan. Nilai ketidakpastian dan faktor cakupannya diperoleh dari sertifikat kalibrasi peralatan tersebut. u b1
U 95 =
k
b. Drift sensor suhu dan indikator Ketidakpastian drift sensor suhu dan indikator diperoleh dari nilai lama ( nlama) dan baru (nbaru) pada sertifikat kalibrasi dengan asumsi distribusinya adalah segi-empat. ub 2
=
1 2 (nold − nnew ) 3
c. Variasi suhu terukur yang terdiri dari a. Variasi suhu spasial ub3
=
1 2 (var iasi _ spasial ) 3
b. Variasi suhu temporal c ub4
=
1 2 (var iasi _ temporal ) 3
Nilai variasi spasial dan variasi temporal diperoleh dari perhitungan pada bagian sebelumnya (Bagian 7).
Des 2011 - GZ
8/9
Panduan Kalibrasi Oven - Draft
d. Daya baca indikator oven ub5
=
ub5
=
1 2 NST
untuk indikator digital, atau
3
1 2 NST
untuk indikator analog.
6
e. Variasi penunjukan indikator suhu oven Ketidakpastian baku dari variasi indikator diperoleh dari selisih nilai terbesar dan terkecil pada pembacaan alat dari setiap titik ukur dengan asumsi distribusinya adalah segi-empat. u6
f.
=
(
1 2 t ind , max
t
− ind , min
)
3
Ketidakpastian gabungan
uc
=
(u
2 b1 +
u b22
+
u b23
+
u b24
+
u b25
+
ub26
)
g. Ketidakpastian bentangan pada tingka kepercayaan 95%, dengan faktor cakupan, k= 2. U 95
=
u c .k
9. Penentuan CMC
Untuk tujuan penentuan CMC suatu laboratorium kalibrasi, ketidakpastian yang bersumber dari variasi spasial dan variasi emporal oven dihilangkan sehingga menjadi sebagai berikut. uc
=
(u
2 b1
2
2
2
+ ub 2 + ub5 + u b6
)
10. Rekalibrasi
Interval kalibrasi bergantung pada pemakaian oven, tetapi rekalibrasi dilakukan paling lama setiap 5 tahun sekali. Rekalibrasi juga harus dilakukan apabila telah dilakukan perbaikan atau modfikasi yang diperkirakan dapat mempengaruhi karakteristik suhunya.
Des 2011 - GZ
9/9
Panduan Kalibrasi Oven - Draft
