PENGARUH SUHU DALAM PENIMBANGAN

fluktuasi suhu adalah musuh terbesar

dalam penimbangan presisi tinggi

Laboratorium Massa - Direktorat Metrologi

Introduksi

Instrument atau alat ukur mempunyai beberapa karakteristik, diantaranya adalah repeatability, resolution, linearity, hysteresis, sensitivity, dan threshold. Seperti karakteristik instrument lainnya sensitivity (kepekaan) dapat mempengaruhi tingkat ketelitian hasil pengukuran. Secara general sensitivity didefinisikan sebagai rasio dari respon output terhadap input penyebab pada kondisi statis.

Sebagai sebuah instrument timbangan juga memiliki karakteristik ini, baik itu pada timbangan mekanik, timbangan elektro-mekanik, maupun timbangan full-electronic. Dalam ilmu timbangan sensitivity merupakan perubahan signal output yang disebabkan oleh adanya perubahan beban (load). Sensitivity sebuah timbangan merupakan ukuran kemampuan timbangan untuk mendeteksi adanya perubahan massa beban. Secara matematis sensitivity dapat dirumuskan sebagai berikut:

dimana,

DR adalah perubahan signal output, dan

Dm adalah perubahan massa beban

Sensitivity dan Scale Value

Untuk two-pan balance, misalkan neraca sama lengan, sensitivity ditentukan melalui pengujian parameter sensitivity-reciprocal. Parameter ini dalam aplikasi dikenal dengan scale value atau nilai skala. Semakin kecil nilai sensitivity-reciprocal maka nilai sensitivity dari timbangan semakin besar. Dengan demikian sensitivity-reciprocal dapat dirumuskan sebagai,

Besarnya sensitivity sebuah neraca sangat tergantung pada nilai beban, secara umum semakin besar nilai beban maka akan semakin kecil sensitivity-nya. Sebagai contoh untuk neraca D sensitivity pada beban 1 g adalah 2,5 skala/mg dan pada beban 50 g adalah 0,5 skala/mg.

Berbeda dengan neraca sama lengan, untuk single-pan balance ataupun timbangan elektronik dimana pembacaan terhadap massa beban yang ditimbangnya dapat langsung dibaca, maka besarnya sensitivity dari timbangan tersebut pada dasarnya selalu diset pada nilai nominalnya. Ini menunjukan bahwa timbangan jenis ini mempunyai sensitivitas yang relatif sama untuk setiap bebannya. Besarnya sensitivity adalah ukuran slope atau kemiringan dari kurva karakteristik timbangan, kurva ini merupakan sebuah garis lurus antara beban nol dan maksimum. Dengan demikian sensitivity dapat dirumuskan menjadi,

dimana f adalah sudut elevasi dari kurva karakteristik.

Sensitivity Error

Secara sederhana nilai sebenarnya dari sensitivity dapat ditentukan sebagai berikut, ketika kita muati sebuah timbangan dengan beban 50 g maka seharusnya timbangan tersebut akan menunjukkan 50 g juga. Sensitivity timbangan pada beban ini adalah :

Pada umumnya nilai sensitivity timbangan elektronik ataupun mass comparator mendekati 1. Bila nilai tangen (f) kurang dari 1 dikatakan slope kurva karakteristik kekecilan (slope too small) dan bila lebih besar dari 1 dikatakan slope kurva karakteristik kebesaran (slope too large). Sebagai contoh sebuah timbangan mempunyai sensitivity sebesar 1,000 000 5 atau sensitivity error 0,5 ppm, ini berarti ketika kita menimbang sebuah beban kecil, misalkan cincin emas 1 g,  akan terjadi deviasi akibat sensitivity error sebesar :

1 g x 0,5 ppm = 0,5 mg

Bila mass comparator tersebut kita gunakan untuk mengkalibrasi anak timbangan dengan massa nominal 200 g, dan misalkan dari hasil pembandingan tersebut diperoleh Dm_C =  2 mg, maka uncertainty (ketidakpastian) dari nilai Dm_C tersebut dapat diestimasi sebesar :

Sensitivity Drift

Nilai sensitivity sebuah mass comparator tergantung pada suhu lingkungan disekitarnya. Variasi nilai sensitivity akibat adanya variasi suhu ini dikenal dengan istilah sensitivity drift, yang dinyatakan dalam besaran koefisien suhu sensitivity (temperature coefficient of the sensitivity, TC). TC merupakan presentase deviasi penunjukkan timbangan per derajat Celcius. Sebuah mass comparator yang mempunyai nilai TC = 0,0001%/^oC berarti perubahan suhu sebesar 1 ^oC menyebabkan perubahan sensitivity sebesar 1x 10^-6. Secara fisis TC dirumuskan dengan persamaan,

 

Bila sebuah mass comparator yang memiliki sensitivity sebesar 0.0001% digunakan untuk mengkalibrasi anak timbangan 200 g kelas E₂, dan ketika proses kalibrasi berlangsung telah terjadi perubahan suhu laboratorium sebesar 3 ^oC, maka akan menyebabkan adanya perubahan penunjukan / indikator mass comparator sebesar,

Menurut rekomendasi OIML R-111 (2004), anak timbangan 200 g kelas E₂ mempunyai nilai maximum permissible error (MPE) 0,3 mg, yaitu jauh lebih kecil dari DR. Dengan demikian, bila selama proses kalibrasi anak timbangan terjadi perubahan suhu seperti diilustrasikan di atas, maka kegiatan kalibrasi yang dilakukan menjadi tidak berarti.

  

-o0o-