Category Archives: Metrology

Teodolit dan CMM: pengujian atau kalibrasi?

Kalibrasi vs. Pengujian

Dalam proses akreditasi untuk “kalibrasi” alat ukur jenis teodolit dan CMM, sering muncul pertanyaan: apakah kedua jenis alat tersebut dikalibrasi atau diuji?

Saat ini standar yang ada untuk jenis alat teodolit, autolevel dan CMM adalah untuk pengujian, bukan kalibrasi.

Apa beda pengujian dan kalibrasi? Pengujian pada dasarnya bertujuan mengecek apakah suatu objek masih sesuai dengan spesifikasinya. Dalam konteks yang luas, pengujian bisa mencakup kalibrasi, tetapi pada umumnya hanya mencakup hal-hal yang tidak masuk dalam cakupan kalibrasi.

Kalibrasi, di sisi lain, secara spesifik adalah pengujian untuk memastikan ketertelusuran hasil pengukuran suatu alat ukur. Definisi lengkap menurut VIM (Kosakata Internasional Metrologi) adalah (terjemahan bebas): “kegiatan… yang menghubungkan suatu nilai besaran… dari suatu standar pengukuran, dan penunjukan [alat ukur], serta menggunakan informasi tersebut untuk mendapatkan hasil ukur yang benar dari penunjukan [alat ukur]”.

Kalau diringkas, perbedaannya:

  • kalibrasi: keluarannya berupa jaminan ketertelusuran untuk hasil pengukuran suatu alat ukur atau standar ukur
  • pengujian: keluarannya berupa jawaban untuk pertanyaan “apakah alat ini masih berfungsi sesuai dengan peruntukannya?”

Teodolit

Kalibrasi teodolit diuraikan dalam standar ISO seri 17123. Pada dasarnya, metode yang diuraikan dalam standar tersebut adalah metode untuk menguji salah satu parameter kinerja, yaitu konsistensi penunjukan skala sudut (untuk teodolit) jika sumbu horisontal dan vertikal masing-masing dibalik 180 ° untuk membidik suatu titik objek yang sama. Secara teoretis, jika teodolit dibidikkan pada suatu objek dan menunjukkan nilai [X1,Y1], lalu sumbu vertikal dan sumbu horizontal dibalik sehingga membidik objek yang sama lagi dan menunjukkan nilai [X2,Y2], maka seharusnya nilai (X2-X1) = 180 °, begitu pula (Y2-Y1) = 180 °. Dalam kenyataannya, karena ada kesalahan mekanis dalam sumbu teodolit, nilai-nilai tersebut belum tentu persis seperti itu. Sebuah teodolit dianggap masih sesuai jika selisih nilai (X2-X1-180) berada dalam rentang nilai tertentu.

Dalam metode pengujian yang diuraikan di atas, objek yang digunakan adalah titik sembarang di lapangan yang luas (untuk mensimulasi situasi pengukuran sesungguhnya), bukan titik yang ditentukan posisinya secara tepat. Oleh karena itu, hasil pengujian di atas tidak memberikan jawaban terhadap pertanyaan “apakah nilai penunjukan sudut pada teodolit sesuai dengan nilai sebenarnya?”. Dengan kata lain, pengujian di atas tidak dapat dianggap sebagai kalibrasi.

Kalibrasi teodolit secara teoretis dapat dilakukan dengan dua cara:

  • membandingkan skala penunjukannya terhadap skala standar, misalnya rotary encoder;
  • menguji penunjukannya dengan membidik beberapa objek yang posisi angularnya diketahui dengan tepat.

Dalam praktiknya, kalibrasi teodolit seperti di atas sangat jarang dilakukan. Mungkin hanya dilakukan di pabrik pembuatnya pada saat teodolit tersebut diproduksi.

Kembali kepada metode pengujian teodolit yang diuraikan di atas, objek ujinya adalah titik-titik yang diletakkan secara sembarang di lapangan yang luas, dengan jarak hingga 100 m. Untuk menguji skala horisontal, empat atau lima objek diletakkan dalam rentang 360 °. Sedangkan untuk skala vertikal, tiga atau empat objek dalam rentang ± 30 °.

Dalam praktiknya, pengujian teodolit dapat dilakukan di dalam ruangan. Untuk mensimulasikan pengukuran objek yang jaraknya jauh, digunakan kolimator. Prinsip kerja kolimator dalam hal ini adalah mensimulasikan dua titik, masing-masing pada jarak dekat dan jarak sangat jauh (hampir tak berhingga). Kembali, mengacu kepada metode di atas, maka kolimator ini pun bukan standar ukur, sehingga tidak memerlukan kalibrasi. Yang perlu diuji dari kolimator tersebut hanyalah konsentrisitas titik dekat dan titik jauh dengan sumbu optisnya.

Secara teoretis, tentu ada perbedaan antara kondisi pengukuran di luar ruangan dengan di dalam ruangan. Di luar ruangan, khususnya di lapangan yang sangat tidak terkondisikan, terjadi gangguan optis yang sangat besar sehingga pengukuran di lapangan tidak bisa sepresisi pengukuran di dalam ruangan. Pengukuran di dalam ruangan tentunya dapat memberikan hasil yang lebih presisi, tetapi hal tersebut bukan berarti lebih baik; hasil yang lebih presisi tersebut justru tidak menggambarkan kondisi sebenarnya jika pengujian tersebut dilakukan di lapangan.

Sebagai jembatan antara metode baku (ISO 17123, di luar ruang) dengan metode modifikasi (menggunakan kolimator di dalam ruangan), semestinya ada semacam uji banding agar lab bisa mengestimasi seberapa besar perbedaan antara pengujian di luar ruang dan di dalam ruang.

Kesimpulan 1

  1. “Kalibrasi” teodolit menurut standar seri ISO 17123 bukanlah kalibrasi, melainkan pengujian kinerja. Oleh karena itu, layanan yang mengacu kepada metode ISO 17123 sebaiknya tidak disebut “kalibrasi”.
  2. Sarana pengujian teodolit menurut metode ISO 17123 adalah objek sembarang, sehingga tidak memerlukan kalibrasi. Jika menggunakan kolimator, maka kolimator tersebut tidak perlu dikalibrasi karena fungsinya bukan sebagai alat ukur.
  3. Lab yang melakukan pengujian teodolit di dalam ruang perlu membuat estimasi seberapa besar nilai ketidakpastian yang mungkin terjadi jika pengujian/pengukuran dilakukan di lapangan.

CMM

Mirip dengan pengujian teodolit, metode ISO 10360 adalah untuk pengujian kinerja CMM, bukan kalibrasi.

Ketepatan pengukuran sebuah CMM dipengaruhi oleh parameter dimensional berikut ini:

  • ketepatan skala pada sumbu x, y dan z;
  • ketegaklurusan antara pasangan sumbu x-y, y-z dan x-z;
  • kelurusan tiap-tiap sumbu x, y dan z;
  • “roll” pada tiap-tiap sumbu x, y dan z.

Semua parameter di atas mempengaruhi ketepatan pengukuran koordinat tiga dimensi pada CMM.

Perlu diingat bahwa CMM pada umumnya digunakan untuk mengukur parameter dimensional misalnya diameter, sudut, jarak antartitik, kelurusan, kesejajaran, kebundaran, dan parameter dimensional lainnya. Artinya, besaran yang diukur bukanlah besaran panjang pada satu dimensi, melainkan besaran pada tiga dimensi.

Pengujian yang mengacu kepada metode ISO 10360 pada dasarnya menguji parameter dimensional yang disebut di atas, tetapi tidak memberikan ketertelusuran langsung terhadap hasil pengukuran yang dilakukan oleh CMM tersebut nantinya. Contoh: jika CMM tersebut digunakan untuk mengukur diameter sebuah objek, sebetulnya CMM mengukur koordinat dari beberapa titik, lalu menghitung koordinat tersebut dalam matriks tiga dimensi untuk menentukan nilai diameter tersebut.

Pengujian parameter-parameter CMM seperti di atas baru dapat memberikan ketertelusuran jika nilai penyimpangan pada setiap parameter dimasukkan ke dalam perangkat lunak CMM dan otomatis diperhitungkan sebagai kompensasi. Namun, tidak ada hubungan langsung antara, misalnya, kesalahan pada posisi 10 mm di skala sumbu x, dengan pengukuran diameter sebesar 10 mm.

Secara teknis, maka pengujian CMM yang mengacu ke ISO 10360 hanya dapat disebut sebagai pengujian, jika hasil pengujian tersebut hanya penilaian kesesuaian terhadap batasan kesalahan yang diizinkan untuk tiap parameter secara terpisah.

Pengujian CMM seperti disebut di atas baru bisa disebut sebagai kalibrasi jika semua hasil pengukuran pada setiap parameter tersebut dimasukkan ke dalam perangkat lunak, dan perangkat lunak tersebut melakukan error mapping sehingga semua kesalahan tersebut terkompensasi dengan benar. Pada kenyataannya, jarang sekali sistem CMM yang mempunyai fasilitas ini; umumnya hanya CMM di lembaga metrologi kelas tinggi yang melakukannya. Jika pun hal tersebut dapat dilakukan, umumnya hanya dapat dilakukan oleh perusahan yang memproduksi CMM tersebut atau agen/distributornya, bukan lab kalibrasi umum.

Kesimpulan 2

  1. Pengujian CMM dengan metode ISO 10360 hanya dapat disebut sebagai “kalibrasi” jika nilai-nilai penyimpangan pada setiap paramater geometris dimasukkan ke dalam perangkat lunak CMM dan dipakai untuk melakukan kompensasi numerik.
  2. Jika tidak, maka layanan tersebut tidak bisa disebut “kalibrasi” dan sebaiknya disebut “pengujian”.

Praktik umum

Beberapa organisasi menggolongkan verifikasi CMM sebagai kalibrasi, bukan pengujian. Ada beberapa alasan, misalnya:

  1. Pelaksana verifikasi CMM umumnya adalah lembaga yang diakreditasi sebagai laboratorium kalibrasi (bukan laboratorium pengujian), sehingga mungkin akan terasa janggal jika salah satu layanan di dalam lingkup akreditasinya digolongkan sebagai “pengujian”.
  2. Tujuan verifikasi CMM adalah memastikan kebenaran hasil ukurnya (mirip dengan tujuan kalibrasi); walaupun nilai penunjukan CMM tidak bisa langsung dikoreksi, setidaknya ketidakpastian pengukurannya dapat dievaluasi berdasarkan data verifikasinya.

Terlepas dari alasan-alasan tersebut, kita tetap perlu membedakan penamaan kegiatan kalibrasi dan pengujian. Sebagai jalan tengah, mungkin pengujian CMM dan teodolit dapat disebut sebagai “pengukuran kinerja”, karena pengukuran masih berkait erat dengan kalibrasi.

Literatur Metrologi

Bahan bacaan apa saja yang perlu dibaca oleh praktisi metrologi? Berikut ini sekelumit bahan bacaan rujukan kemetrologian.

Pengantar umum

Buku berjudul “Metrologi — In Short” diterbitkan oleh EURAMET, forum kerjasama lembaga-lembaga nasional metrologi di Eropa. Edisi kedua buku tersebut telah diterjemahkan dan diterbitkan oleh Puslit Metrologi LIPI. Buku ini berisi pengantar umum untuk mengenal bidang ilmu metrologi dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.

Versi bahasa Inggris, Edisi 3.

Terjemahan bahasa Indonesia, Edisi 2 (klik “unduh naskah PDF” di kolom kiri)

Referensi dasar

Empat hal dasar yang perlu dipahami oleh seorang praktisi metrologi adalah:

  1. Sistem Internasional Satuan (Système International d’Unités, SI). Ini adalah sistem satuan pengukuran yang digunakan secara internasional sejak tahun 1875. Dokumen ini mencakup definisi satuan pengukuran dasar SI, tatacara penulisan lambang satuan, dll. Dokumen ini diterbitkan oleh Biro Internasional Timbangan dan Ukuran (Bureau International de Poids et Mesures, BIPM).
  2. Kosakata metrologi internasional (International Vocabulary of Metrology – Basic and General Concepts and Associated Terms/VIM). Ini berisi definisi istilah-istilah baku yang digunakan dalam kegiatan metrologi. Dokumen ini dikelola oleh JCGM (sebuah komite di bawah BIPM) dan diberi kode JCGM 200.
  3. Panduan melaporkan ketidakpastian pengukuran (Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement, GUM). Ketidakpastian pengukuran adalah hal yang tidak bisa dipisahkan dan pasti ada dalam suatu hasil pengukuran. Dokumen ini menguraikan metode baku untuk menentukan nilai ketidakpastian pengukuran dan cara melaporkannya. Dokumen ini juga dikelola oleh JCGM, dan dokumen utamanya mempunyai kode JCGM 100. Selain dokumen utama, terdapat pula dokumen pelengkap.
  4. Standar Kompetensi Laboratorium Pelaksana Kalibrasi (dan Pengujian). Sertifikat kalibrasi yang diterbitkan oleh laboratorium kalibrasi yang memenuhi persyaratan ini mempunyai nilai kepercayaan yang tinggi. Dokumen standar ini dikelolah oleh Organisasi Standardisasi Internasional (ISO) dan Komisi Elektroteknis Internasional (IEC) dengan kode ISO/IEC 17025. Standar ini telah diadopsi menjadi Standar Nasional Indonesia di bawah pengelolaan Badan Standardisasi Nasional (BSN) dengan kode SNI ISO/IEC 17025.

Selain ISO/IEC 17025 dan SNI ISO/IEC 17025, semua dokumen di atas dapat diperoleh tanpa biaya.

The International System of Units (SI)

http://www.bipm.org/en/publications/si-brochure/

Teks bahasa Inggris (Edisi 8)

International Vocabulary of Metrology – Basic and General Concepts and Associated Terms (VIM)

Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement (GUM)

Kedua dokumen di atas (dan dokumen pelengkap untuk GUM) dapat diunduh di situs BIPM di bawah ini.

http://www.bipm.org/en/publications/guides/

ISO/IEC 17025:2005

Dokumen ini bisa dibeli di situs ini.

http://www.iso.org/iso/catalogue_detail.htm?csnumber=39883

SNI ISO/IEC 17025:2008

http://sisni.bsn.go.id/index.php?/sni_main/sni/detail_sni/9509

Sesuai dengan aturan ISO, SNI ini tidak dapat diunduh secara gratis dari situs BSN. Namun, jika dicari di jaringan internet, mungkin ada yang menyediakan untuk diunduh.

Referensi Tambahan

Beberapa lembaga metrologi nasional yang terkemuka di dunia menerbitkan banyak dokumen rujukan teknis terkait metrologi.

National Institute of Standards and Technology (Amerika Serikat):

Lab Metrology Resources

http://www.nist.gov/pml/wmd/labmetrology/resources.cfm

Engineering Metrology Toolbox

http://emtoolbox.nist.gov/Main/Main.asp

NIST Handbooks

http://www.nist.gov/pml/wmd/pubs/handbooks.cfm

NIST Special Publications

http://www.nist.gov/pml/wmd/pubs/special-pubs.cfm

National Physical Laboratory (Inggris):

NPL Guides

http://www.npl.co.uk/publications/guides/

Daftar lengkap:

http://www.npl.co.uk/publications/guides/guides-by-number/

Measurement Standards Laboratory (Selandia Baru):

Technical Guides

https://msl.irl.cri.nz/training-and-resources/technical-guides

National Measurement Institute, Australia:

http://www.measurement.gov.au/Publications/Pages/Monographs.aspx

Jurnal

Journal of Research of the National Institute of Standards and Technology

http://www.nist.gov/nvl/jres.cfm

Suhu kerja laboratorium kalibrasi: penetapan, pemantauan dan pelaporan

Salah satu syarat yang perlu dipenuhi sebuah laboratorium kalibrasi adalah terpeliharanya suhu ruangan pada nilai tertentu. Hal ini diperlukan karena suhu berpengaruh terhadap hasil pengukuran beberapa besaran tertentu, misalnya panjang dan massa. Oleh karena itu laboratorium kalibrasi harus menentukan dalam batas rentang suhu berapakah kalibrasi boleh dilakukan. Setelah itu laboratorium harus berusaha mengondisikan ruangan agar masuk dalam rentang tersebut, dengan melakukan pemantauan dan pencatatan. Lalu dalam laporan hasil kalibrasi, suhu pada saat kalibrasi harus dilaporkan sebagaimana adanya.

Penetapan batas suhu

Laboratorium harus menetapkan pada rentang suhu berapa sajakah suatu jenis kalibrasi dapat dilakukan. Seperti disinggung di atas, suhu mempengaruhi hasil pengukuran, misalnya pada besaran massa dan besaran panjang. Untuk kedua besaran ini, biasanya suhu acuannya adalah 20 °C. Besaran lain mempunyai suhu acuan yang mungkin berbeda, tetapi prinsipnya sama: jika suhu mempengaruhi hasil pengukuran, maka batas tersebut harus ditetapkan.

Pertama, harus diketahui bagaimana suhu mempengaruhi hasil pengukuran. Ini dapat dilihat dari model matematis pengukuran tersebut. Untuk pengukuran panjang misalnya, model matematisnya yang sederhana adalah sebagai berikut:

LT = L0 (1 + α⋅ΔT)

dengan

LT = panjang benda pada suhu T

L0 = panjang benda pada suhu acuan (misalnya 20 °C)

α = koefisien muai termal benda yang diukur

ΔT = selisih antara suhu aktual dan suhu acuan

Dari model matematis tersebut, lakukan evaluasi ketidakpastian pengukuran sehingga diketahui besarnya ketidakpastian pengukuran pada suhu tertentu. Misalnya untuk kalibrasi suatu jenis alat ukur, didapatkan hasil seperti tabel di bawah ini:

T U
20 °C 0,6 µm
21 °C 0,8 µm
22 °C 1,0 µm
23 °C 1,3 µm
24 °C 1,6 µm

Dari data di atas, bandingkan dengan kesalahan terbesar (MPE) yang diizinkan untuk jenis kalibrasi tersebut. Atau, untuk kasus pengukuran, lihat toleransi yang ditetapkan untuk jenis pengukuran tersebut. Idealnya, ketidakpastian pengukuran tidak boleh lebih dari sepertiga MPE atau toleransi benda ukur.

Misalkan bahwa MPE untuk alat ukur di atas adalah 3 µm. Berarti, idealnya nilai ketidakpastian pengukuran tidak lebih dari 1 µm. Maka, kalibrasi tersebut dapat dilakukan pada suhu tidak lebih dari 22 °C. Jika suhunya mencapai 23 °C, maka hasil kalibrasi sudah tidak layak karena nilai ketidakpastian sudah terlalu besar (lebih dari sepertiga MPE). Dari perhitungan ini, maka laboratorium perlu menetapkan batas suhu kalibrasi sebagai (20 ± 2) °C.

Perhatikan bahwa penetapan batas suhu kalibrasi idealnya dilakukan dengan menghitung nilai ketidakpastian pengukuran seperti di atas, bukan sekedar mengikuti suatu aturan atau ketentuan baku.

Pemantauan suhu

Setelah laboratorium menetapkan batas suhu kalibrasi seperti di atas, hal berikutnya  yang harus dilakukan:

  1. Mengusahakan agar suhu ruangan kalibrasi, standar kalibrasi dan objek kalibrasi berada dalam batas tersebut,
  2. Memantau dan merekam suhu ruangan kalibrasi, dan
  3. Mengambil tindakan bilamana suhu ruangan kalibrasi keluar dari batas yang diperbolehkan.

Nomor 1 dapat dicapai dengan menggunakan sistem tata udara (air conditioning system) yang memadai. Sedangkan nomor 2 dicapai dengan menggunakan alat ukur yang terkalibrasi dan cukup presisi, misalnya termometer digital dengan resolusi 0,1 °C yang sudah dikalibrasi.

Pemantauan dan perekaman dapat dilakukan secara manual maupun otomatis. Cara manual artinya ada seseorang yang secara berkala membaca termometer tersebut dan mencatat penunjukannya.

Untuk nomor 3, tindakan yang harus diambil adalah: pertama, menghentikan atau mencegah kegiatan kalibrasi yang terdampak oleh suhu tersebut. Kedua, berusaha memperbaiki sistem tata udara agar dapat memenuhi persyaratan tadi.

Pelaporan suhu dalam laporan kalibrasi

Sesuai dengan standar ISO/IEC 17025:2005, kondisi-kondisi yang berpengaruh terhadap hasil kalibrasi harus dicantumkan dalam laporan kalibrasi. Hal ini termasuk suhu ruangan.

Pelaporan suhu saat kalibrasi harus sesuai dengan kondisi sebenarnya, bukan sekadar menuliskan rentang batas yang menjadi persyaratan.

Contoh: laboratorium menetapkan untuk kalibrasi dimensional, suhu yang diperbolehkan adalah (20 ± 2) °C. Pada saat kalibrasi, penunjukan termometer adalah 20,8 °C. Ada koreksi sebesar +0,1 °C yang harus diterapkan pada termometer itu. Ketidakpastian pengukuran suhu (dengan memperhitungkan resolusi termometer, fluktuasi selama kalibrasi berlangsung, dan ketidakpastian pengukuran dalam sertifikat kalibrasi termometer) adalah 0,3 °C.

Maka, yang harus dicantumkan dalam sertifikat kalibrasi sebagai suhu pada saat kalibrasi adalah (20,9 ± 0,3) °C. Jangan mencantumkan nilai (20 ± 2) °C, karena nilai itu adalah nilai target, bukan nilai aktual.

Menentukan nilai drift alat ukur dari sertifikat kalibrasi

Tanya (dari sebuah email):

Dengan ini, kami mohon pencerahaanya mengenai cara menghitung nilai Drift untuk budget Uncertainty sbb:
1). jika pada Sertifikat Standard yang digunakan tidak ada nilai “U” nya. (Sertifikat Standard masih bawaan dari Maker)
2). jika pada Sertifikat Standard yang terakhir/terupdate ada nilai “U”nya tetapi pada Sertifikat Standard sebelum di Kalibrasi ulang tidak ada nilai “U” nya. (Sertifikat Standard masih bawaan dari Maker)

Jawab:

Drift tidak ada kaitannya dengan nilai ketidakpastian pengukuran dalam sertifikat kalibrasi.

Nilai ketidakpastian pengukuran dalam sertifikat kalibrasi merupakan pengaruh sumber-sumber ketidakpastian yang terdapat atau terjadi pada proses kalibrasi alat itu.

Yang berkaitan dengan drift adalah nilai koreksi atau nilai penyimpangan yang dilaporkan dalam sertifikat itu. Definisi drift sendiri adalah: perubahan nilai koreksi (atau nilai penyimpangan) dari waktu ke waktu. Karena itu, untuk mengetahui nilai drift suatu alat ukur atau standar ukur, kita harus melihat sertifikat kalibrasi alat itu dari 3 kali atau lebih kalibrasi. Idealnya, semua sertifikat kalibrasi itu harus dari laboratorium kalibrasi yang sama. Jika data ini tersedia, maka kita bisa mengestimasi berapa perubahan nilai koreksi per tahun atau per bulan, berdasarkan laju perubahannya.

Yang sering terjadi adalah: suatu alat ukur atau standar ukur masih relatif baru, sehingga riwayat atau sejarah kalibrasinya belum diketahui (misalnya, baru pernah dikalibrasi satu atau dua kali saja). Dalam hal ini, kita bisa mengestimasi nilai drift alat tersebut dari beberapa sumber:

  1. nilai drift untuk alat yang sejenis (dari pabrik yang sama) yang pernah kita miliki
  2. nilai drift tipikal untuk alat sejenis, dari hasil penelitian yang pernah dipublikasikan
  3. nilai drift maksimum yang diperbolehkan untuk alat sejenis itu, berdasarkan suatu standar spesifikasi.

Terkait dengan contoh kasus yang Bapak sampaikan, saya ingin mengingatkan: sertifikat kalibrasi tanpa nilai ketidakpastian pengukuran, tidak sesuai dengan ketentuan standar sistem manajemen mutu laboratorium kalibrasi, sehingga seharusnya tidak digunakan sebagai acuan (dengan demikian, ketertelusuran metrologisnya belum terjamin). Satu-satunya cara untuk menjamin ketertelusuran metrologis suatu hasil pengukuran atau kalibrasi adalah dengan meminta alat tersebut dikalibrasi di laboratorium kalibrasi yang kompeten dan memenuhi syarat-syarat ketertelusuran.

Semoga berguna.

Menentukan ‘toleransi’ alat ukur

Di milis forumkalibrasi@yahoogroups.com muncul sebuah pertanyaan: “bagaimana cara menentukan toleransi alat jika alat tersebut benar2 baru dan baru akan dikalibrasi?”

Sebelum membahas “bagaimana menentukan toleransi alat ukur”, kita bahas dulu makna “toleransi”.

Tolerate yang menjadi akar kata tolerance (toleransi), oleh New Oxford American Dictionary diartikan kira-kira “mampu menanggung sesuatu (yang buruk) tanpa efek buruk”. Kalau diartikan lebih bebas, toleransi berarti: kemampuan menerima suatu penyimpangan (dari kondisi ideal) tanpa terjadinya efek yang buruk.

Dalam dunia industri, toleransi merupakan bagian dari spesifikasi suatu produk. Dalam konteks ini, toleransi dapat diartikan “besarnya perbedaan antara kondisi aktual dibandingkan kondisi ideal, sejauh bahwa perbedaan tersebut tidak sampai mengakibatkan kegagalan fungsi maupun penurunan fungsi yang signifikan”. Misalkan sebuah komponen mesin mempunyai spesifikasi ukuran 90 mm dengan toleransi ±0,1 mm. Ini berarti bahwa komponen tersebut masih dapat berfungsi dengan baik asalkan ukurannya di antara 89,9 mm dan 90,1 mm.

Setelah melalui proses produksi, hasil yang diharapkan adalah suatu produk yang memiliki ukuran atau sifat-sifat lain sesuai spesifikasi dan toleransi yang telah ditetapkan. Karena itu dilakukan pengujian mutu terhadap produk tersebut, dengan cara melakukan pengukuran. Hasil pengukuran dibandingkan dengan spesifikasi tadi. Jika hasil pengukuran menunjukkan bahwa produk tersebut mempunyai ukuran sesuai dengan spesifikasi, maka produk tersebut dinyatakan “sesuai dengan spesifikasi”.

Di dalam proses pengukuran tadi, terdapat sumber-sumber ketidakpastian pengukuran, sehingga hasil pengukuran pun mempunyai nilai ketidakpastian pengukuran. Maka dalam paradigma terbaru, penilaian kesesuaian (conformity assessment) harus memperhitungkan nilai ketidakpastian dan nilai pengukuran. Suatu produk baru dapat dikatakan “sesuai dengan spesifikasi” jika memenuhi ketentuan:

E + U ≤ T

dengan:

  • E = penyimpangan dari spesifikasi (absolut)
  • U = nilai ketidakpastian pengukuran (pada tingkat kepercayaan 95 persen)
  • T = toleransi untuk produk tersebut (absolut)

Dengan kata lain, nilai ketidakpastian pengukuran harus lebih kecil daripada toleransi yang diberikan untuk produk yang diukur. Idealnya nilai ketidakpastian pengukuran besarnya sepersepuluh dari toleransi, atau dalam kondisi terburuk, nilai ketidakpastian pengukuran diharapkan tidak lebih dari sepertiga toleransi.

Uraian di atas menunjukkan bahwa “toleransi” berkaitan dengan produk yang diukur, bukan dengan alat ukurnya. Untuk alat ukur, VIM (kosakata metrologi internasional) 2008 memberikan istilah maximum permissible error (MPE). Antara MPE dan toleransi memang ada kesamaan makna, tetapi dianjurkan untuk tidak dicampuraduk.

Kembali ke proses di atas, maka seharusnya urutan yang benar adalah:

  • spesifikasi dan toleransi (T1) untuk sebuah produk ditetapkan;
  • pengukuran terhadap produk tersebut dilakukan dengan sistem pengukuran yang mempunyai ketidakpastian pengukuran (U1) cukup kecil dibandingkan toleransi T1;
  • alat ukur yang dipakai dalam sistem pengukuran tersebut dikalibrasi menggunakan sistem kalibrasi yang dapat memberikan nilai ketidakpastian pengukuran (U2) lebih kecil daripada U1;
  • dan seterusnya.

Jadi, pada saat kita akan mengalibrasi alat ukur, harus sudah jelas dulu berapa MPE (bukan toleransi) untuk alat ukur tersebut. Baru kita mengevaluasi ketidakpastian pengukuran dari kalibrasi tersebut, supaya kita bisa menilai apakah ketidakpastian pengukuran tersebut memadai (cukup kecil) dibandingkan MPE-nya.

Ibaratnya, kalau mau mengemudikan sebuah kendaraan, tentukan dulu tujuannya! Jangan mulai menjalankan kendaraan kalau kita belum tahu ke mana tujuannya. “Toleransi objek ukur” adalah tujuan yang ingin dicapai; pengukuran atau kalibrasi alat ukur dan evaluasi ketidakpastian adalah cara untuk mencapai tujuan tersebut.

Satuan ons dan pons: masih bisakah digunakan di Indonesia?

Sistem pengukuran di Indonesia mempunyai dasar hukum utama Undang-undang Nomor 2 Tahun 1981 tentang Metrologi Legal (UUML 2/1981). Pasal 2 undang-undang ini menyatakan “Setiap satuan ukuran yang berlaku sah harus berdasarkan desimal, dengan menggunakan satuan-satuan SI“. SI (singkatan dari le Systeme International d’Unites atau Sistem Internasional Satuan) adalah suatu sistem yang mendefinisikan satuan-satuan pengukuran yang digunakan secara universal oleh negara-negara anggota Konvensi Meter. Dengan begitu, sesuai UUML 2/1981 maka satuan ukuran yang dapat digunakan secara sah di Indonesia adalah satuan-satuan SI, yaitu: meter (untuk besaran panjang), kilogram (massa), sekon (waktu), amper (arus listrik), kelvin (suhu), kandela (kuat cahaya), mole (kuantitas zat). UUML 2/1981 juga menjabarkan kelipatan (multiple) dan pecahan (submultiple) untuk tiap-tiap satuan ukuran, yaitu berupa prefiks mili-, kilo- dan sebagainya.

Di luar SI, kita mengenal sistem satuan lain misalnya sistem Inggris, yang menggunakan satuan foot untuk panjang dan pound untuk berat. Sistem ini diadopsi menjadi sistem pengukuran yang digunakan di Amerika Serikat (AS). Di Inggris sendiri, sistem ini kemudian dimodifikasi menjadi sistem Imperial. Maka ada sedikit perbedaan antara foot dan pound yang digunakan di AS dan di Inggris saat ini, tetapi tidak terlalu jauh berbeda dengan foot dan pound dalam sistem Inggris yang awal: 1 foot kira-kira sama dengan 0,3 meter, dan 1 pound kira-kira sama dengan 0,4 kilogram.

Ada juga sistem pengukuran yang digunakan di Belanda sebelum sistem Metriks, yang menggunakan satuan yang mirip dengan satuan dalam sistem Inggris yaitu “ons” dan “pond”. Satu ons Belanda pada awalnya kira-kira sama dengan 31 g dan satu pond kira-kira sama dengan 0,48 kilogram. Setelah Belanda menggunakan sistem Metriks, secara resmi satuan ons dan pond tidak digunakan; namun dalam praktek sehari-hari, nama satuan ons dan pond masih digunakan dengan nilai yang disesuaikan dengan satuan metrik, yaitu ons menjadi sama dengan 100 gram dan satu pond menjadi sama dengan 0,5 kilogram. Perlu ditegaskan bahwa ini adalah “ons Belanda” dan “pon/pond Belanda”, tidak sama dengan “ons/ounce Inggris” atau “pond/pound Inggris”.

Dari uraian di atas, maka dapat disimpulkan bahwa satuan “ons” dan “pon/pond” tidak termasuk satuan resmi di Indonesia. Mungkin lebih tepat kalau satuan “ons Belanda” dan “pon/pond Belanda” disebut sebagai satuan “tradisional” yang bisa digunakan dalam kegiatan sehari-hari karena aspek sejarahnya, tetapi tidak bisa digunakan untuk keperluan resmi atau hal-hal yang bersifat legal. Contohnya, timbangan yang digunakan untuk keperluan perdagangan harus menggunakan satuan gram atau kilogram, tidak boleh menunjukkan satuan ons. Begitu juga barang-barang yang dijual dalam keadaan terbungkus (BDKT), jika bobotnya dituliskan pada kemasannya, harus dituliskan dalam satuan gram atau kilogram. Hal ini adalah amanat undang-undang yang berlaku saat ini.

Untuk keperluan pendidikan, seyogianya pendidik mengajarkan satuan ukuran yang legal, yaitu satuan SI. Satuan non-SI (dalam hal ini ons dan pon) boleh saja diajarkan sebagai sejarah, dengan penegasan bahwa satuan tersebut bukan satuan yang sah secara hukum.

Rujukan:

[1] Undang-undang Nomor 2 Tahun 1981 tentang Metrologi Legal
[2] SI Brochure: http://www.bipm.org/en/si/si_brochure/
[3] http://en.wikipedia.org/wiki/Dutch_units_of_measurement
[4] Otoritas metrologi

Artikel tentang Metrologi di Koran Hari Ini

Link dari Koran Tempo:

Ketika Tensimeter Bikin Frustrasi Pasien

Alat Khusus, Gedung Khusus

“Metrologi, Bukan Meteorologi”

Otoritas Metrologi dan Akreditasi Laboratorium

Untuk mendapatkan hasil pengukuran yang benar, kita perlu merujuk ke Otoritas Metrologi yang diakui. Kewenangan yang dimiliki (atau diemban) oleh suatu badan tidak semata-mata didapat secara legalistik, namun juga berdasarkan pengakuan atau konsensus oleh lembaga-lembaga yang kompeten dalam hal metrologi. Otoritas metrologi terbagi dalam setidaknya tiga bidang: bidang metrologi ilmiah dalam hal kebenaran ilmiah; bidang metrologi legal dalam hal pengukuran yang berkaitan dengan regulasi, dan bidang akreditasi laboratorium dalam hal menentukan kompetensi suatu laboratorium untuk melakukan pengukuran (baik pengujian maupun kalibrasi).

Internasional

Metrologi Ilmiah: Biro Internasional Timbangan dan Ukuran (BIPM)

Metrologi Legal: Organisasi Internasional Metrologi Legal (OIML)

Akreditasi Laboratorium: Kerjasama Internasional Akreditasi Laboratorium (ILAC)

Regional

Asia-Pasifik

Metrologi Ilmiah: Program Metrologi Asia-Pasifik (APMP)

Metrologi Legal: Forum Metrologi Legal Asia-Pasifik (APLMF)

Akreditasi Laboratorium: Kerjasama Akreditasi Laboratorium Asia-Pasifik (APLAC)

Eropa

Metrologi Ilmiah: Kolaborasi Eropa dalam Standar Pengukuran (Euromet)

Metrologi Legal: Kerjasama Eropa dalam Metrologi Legal (WELMEC)

Akreditasi Laboratorium: Akreditasi Eropa (EA)

Indonesia

Metrologi Ilmiah: Pusat Penelitian Kalibrasi, Instrumentasi dan Metrologi – Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (Puslit KIM-LIPI)

Metrologi Legal: Direktorat Metrologi, Departemen Perdagangan

Akreditasi Laboratorium: Komite Akreditasi Nasional (KAN)

Menuliskan “Significant Digits” dalam nilai ketidakpastian pengukuran

Dari pengalaman mengamati sertifikat kalibrasi dan lingkup akreditasi lab-lab kalibrasi, sering saya melihat kesalahan dalam penulisan nilai ketidakpastian pengukuran dan BMC (Best Measurement Capability; Kemampuan Ukur Terbaik). Kesalahan paling umum adalah nilai ketidakpastian/BMC ditulis dengan lebih dari 2 significant digit.

Apa itu significant digit, dan bagaimana cara menulis nilai ketidakpastian yang benar?

Menurut definisi yang saya pelajari di sekolah dulu, “significant digit” adalah angka bukan-nol dan angka nol yang terletak di sebelah kanan angka bukan-nol. “Significant digit” diindonesiakan menjadi “angka penting” atau “angka berarti”.

Contoh:
“0,000 123” mempunyai 3 significant digits: 1, 2, dan 3.
“0,000 104” mempunyai 3 significant digits: 1, 0, dan 4

(nol di sebelah kanan angka 1 menjadi significant digit)

“0,010” mempunyai 2 significant digits: 1 dan 0
“456” mempunyai 3 significant digits
“2 400” mempunyai 4 significant digits;

jika yang dimaksud hanya ada 2 significant digit, harus ditulis “2,4 x 10^3” atau “2,4e3”.

“2,34 x 10^-3” atau “2,34e-3” mempunyai 3 significant digit.

Jadi, menulis nilai ketidakpastian dan BMC yang benar adalah sebagai berikut:
13 s (benar)
1,2 mm (benar)
0,02 mK (benar)
0,023 mg (benar)
1,2 x 10^-6 kg (benar)
12,00 V (salah) ==> 12 V (benar)
12 000 V (meragukan) ==> 1,2 x 10^4 (benar)
0,000 000 023 V (benar, tapi…) ==> 23 nV atau 2,3 x 10^-8 V (lebih baik)

Apa itu Metrologi?

Metrologi adalah “ilmu pengetahuan tentang pengukuran” (the science of measurement). Mengapa perlu ilmu untuk mengukur? Tentunya, supaya pengukuran itu dapat dilakukan dengan benar dan hasilnya dapat dipercayai.

Dalam pelaksanaannya di dunia nyata, metrologi dapat dikategorikan sebagai berikut:

Pertama, ada metrologi ilmiah sebagai akar dari semua cabang metrologi. Metrologi ilmiah berkaitan dengan penelitian dan studi tentang fenomena-fenomena alam yang mendasari proses pengukuran. Buah dari metrologi ilmiah adalah pengetahuan tentang metode-metode pengukuran yang benar dan bagaimana cara menganalisis hasil pengukuran. Selain itu, hasil dari kegiatan metrologi ilmiah adalah adanya standar pengukuran yaitu acuan yang dapat diandalkan untuk menentukan nilai pengukuran yang benar.

Di bawah metrologi ilmiah, ada dua cabang yang masing-masing dapat disebut sebagai metrologi terapan. Yang pertama adalah metrologi legal dan yang satu lagi metrologi industri.

Metrologi legal adalah cabang metrologi yang berkaitan dengan pelaksanaan pengukuran yang dipersyaratkan oleh aturan hukum. Dalam peraturan perundang-undangan, mungkin saja ada beberapa aturan yang harus ditegakkan dengan melakukan pengukuran. Pengukuran semacam itu harus dilakukan oleh lembaga atau instansi yang diberi wewenang secara hukum. Khususnya, hal-hal yang berdampak pada transaksi perdagangan, kesehatan dan keselamatan. Namun, acuan untuk menentukan kebenaran hasil pengukuran tetap didapat dari ranah metrologi ilmiah.

Metrologi industri berkaitan dengan hal-hal yang menunjang presisi pengukuran di industri. Tujuan akhirnya adalah untuk memastikan bahwa produk yang dihasilkan (termasuk limbahnya) mempunyai karakteristik yang sesuai dengan spesifikasi yang diinginkan.

Jika anda ingin tahu lebih banyak tentang metrologi, silakan membaca buku “Metrologi – Sebuah Pengantar” (format PDF) yang saya terjemahkan (bersama rekan saya) dari buku “Metrology – in Short” terbitan Euramet (cari di bagian “Documents” di kolom kiri).

Update 5 Juni 2011:

Tautan untuk buku “Metrologi –  Sebuah Pengantar” sudah saya perbaiki.