SEE10023 TOPIK 1 UKURAN DAN RALAT
HASIL PEMBELAJARAN 1.1 Menjelaskan kaedah pengukuran dalam menentukan nilai bagi kuantiti elektrik dan elektronik 1.2 Mengenalpasti jenis-jenis ralat 1.3 Menyatakan ciri-ciri pengukuran 1.4 Menjelaskan konsep asas pengukuran
Proses menentukan jumlah, darjah, atau kapasiti secara perbandingan (langsung atau tidak langsung) dengan standard yang diterima dari unit sistem yang digunakan. (Electronic measurement, H.s Kalsi) 1.1.1 DEFINISI PENGUKURAN???
Alat Pengukuran (Sistem Pengukuran) Isyarat masukan (input) (parameter fizikal) Isyarat keluaran (output) (parameter elektrik) Rajah 1: Asas Proses Pengukuran 1.1.2 PROSES SISTEM PENGUKURAN • Proses di mana parameter fizikal dapat ditukar menjadi angka yang bermakna. (Bhavani dan Vasantha) • Dengan kata lain pengukuran perkiraan parameter fizikal (kuantiti) oleh alat pengukuran (instrumen).
ELEMEN SISTEM PENGUKURAN Dalam sistem pengukuran kita memiliki Tiga (3) elemen, iaitu: a. Elemen Pengesan Utama (Primary Sensing Element) b. Elemen Manipulasi Boleh Ubah (Variable Manipulation Element) c. Elemen Persembahan Data (Data Presentation Element)
i. Elemen Pengesan Utama atau transduser/sensor menukar isyarat input ke bentuk yang lebih senang dan praktikal (contoh: isyarat elektrik). ii. Elemen Manipulasi Boleh Ubah memproses isyarat transduser (isyarat elektrik) untuk menjadikannya sesuai untuk penerapan ke elemen persembahan data. iii. Elemen Persembahan Data petunjuk nilai pengukuran (alat bacaan / paparan / rakaman dll).
Contoh : Sistem Pengukuran dalam Meter Analog Manipulasi Pembolehubah Gambarajah Blok bagi Meter Amp
1.1.3 ISTILAH PENGUKURAN i. Skala – Tanda yang tetap pada alat pengukuran yang digunakan untuk mengukur. – Skala bergantung pada julat. ii. Julat – Nilai minimum dan maksimum kuantiti yang alat pengukurannya dirancang untuk mengukur –Contoh Julat Meter Amp: 0mA to 5 mA
Membaca Skala Analog 0.4V 0.2V 0.02V Skala Julat
Rajah menunjukkan panel skala meter pelbagai analog. Apabila pemilih julat ditetapkan pada DC 2.5V, apakah: i. Julat maksimum meter. ii. Nilai bacaan satu skala iii.Bacaan voltan yang ditunjukkan oleh penunjuk Latihan:
1.2 RALAT DALAM PENGUKURAN • Faktor-faktor yang mempengaruhi pengukuran: ✓ Alat pengukuran ✓ Orang yang menggunakan alat pengukuran • Kesalahan boleh dinyatakan sama ada secara mutlak atau sebagai peratusan ralat relatif Definisi Ralat: Selisih atau lencongan atau perbezaan antara nilai sebenar dan nilai kuantiti yang diukur.
1.2.1 JENIS-JENIS RALAT a. Ralat Kasar (Gross Error) b. Ralat Sistematik (Systematic Error) c. Ralat Rawak (Random Error) d. Ralat Mutlak (Absolute Error) e. Ralat Relatif (Relative Error)
a. Ralat Kasar (Gross Error) ➢ Ralat ini disebabkan oleh kesalahan manusia yang menggunakan alatan tersebut seperti salah mengambil bacaan, salah merekod data, pelarasan yang tidak betul, cuai, salah penggunaan alat pengukuran, tidak ada pengalaman dan sebagainya. ➢ Cara untuk mengurangkannya: - Ambil bacaan dengan betul. - Elakkan kecuaian. - Pastikan tahu menggunakan meter dan lain-lain.
b) Ralat Sistematik (Systematic Error) ➢Disebabkan masalah dengan alat pengukuran, kesan persekitaran, atau kesalahan pemerhatian. i. Ralat alat pengukuran mungkin disebabkan oleh geseran pada bearing meter, ketegangan spring yang tidak betul, penentukuran (calibration) yang tidak betul atau alat yang rosak. ii. Ralat kesan persekitaran adalah keadaan persekitaran di mana alat pengukuran yang digunakan boleh menyebabkan kesalahan (Contoh: suhu tinggi / tekanan / kelembapan / elektrostatik atau medan elektromagnetik yang kuat. iii. Ralat kesalahan pemerhatian adalah kesalahan yang dapat dilihat oleh pemerhati. Mungkin kesalahan dalam membaca skala meter dan kesalahan anggaran ➢ Cara untuk mengurangkannya: - penyelenggaraan, penggunaan dan pengendalian alat pengukuran yang betul. - mengurangkan kesan kemagnetan
c) Ralat Rawak (Random Error) ➢ Ralat ini tetap berlaku walaupun ralat kasar dan ralat sistematik telah dikurangkan dengan ketara. ➢ Punca berlakunya ralat ini tidak diketahui. ➢ Cara untuk mengurangkannya: - Dengan menambahkan bilangan bacaan dan menggunakan kaedah statistik untuk mendapatkan kiraan yang hampir sekali dengan nilai sebenar kuantiti yang diukur (nilai min).
d) Ralat Mutlak (Absolute Error) ➢ Ralat mutlak (sebenar) adalah perbezaan antara nilai yang diharapkan dan nilai yang diukur, atau = − dimana, = Ralat Mutlak = Nilai yang diharapkan = Nilai yang diukur
Contoh 1: Nilai rintangan yang diukur adalah 10.25 Ω, di mana nilai sebenar adalah 10.22 Ω. Tentukan ralat mutlak pengukuran tersebut. Penyelesaian: Diberi : Nilai yang diukur, =10.25 Ω Nilai sebenar, =10.22 Ω Ralat mutlak, = − = | 10.22 Ω -10.25 Ω | = 0.03 Ω
e) Ralat Relatif (Relative Error) ➢ Ralat relatif adalah berapa banyak ralat yang anda miliki berbanding dengan ukuran sebenar Ralat relatif = = − = % = × 100
Contoh Ralat relatif dan % ralat Contoh 2 : Nilai rintangan yang diukur adalah 10.25 Ω, di mana nilai sebenar adalah 10.22 Ω. Tentukan ralat relatif dan % ralat pengukuran. Penyelasaian: Ralat relatif = − = 10.22 −10.25 10.22 = 0.03 10.22 = 0.00029 % = × 100 = 0.03 10.22 100 = 0.294% Page 19
1.3 CIRI-CIRI PENGUKURAN a) Ketepatan (Accuracy) • seberapa dekat menunjukkan dengan nilai sebenar. Ketepatan relatif , = 1 − − % Ketepatan relatif, % = 100% − % @ = × 100% b) Persis (Precision) • ukuran ketekalan (consistency) atau kebolehulangan pengukuran
CONTOH KETEPATAN DAN KEPERSISAN
c) Resolusi (Resolution) Perubahan terkecil dalam pemboleh ubah yang diukur yang mana alat pengukuran akan bertindak balas. Ia sangat dekat dengan kepekaan. d) Penetapan Nilai (Significant Figure) Nombor adalah digit yang membawa makna menyumbang kepada ketepatannya Contoh : 68 Ω, 69 Ω - dua penetapan nilai 68.0 Ω, 67.9 Ω – tiga penetapan nilai
1.4 UNIT SI KEPADA KUANTITI ELEKTRIK Daya gerak elektrik (d.g.e), E • Daya atau tekanan elektrik yang menyebabkan cas elektrik mengalir. • Contoh : sumber yang menghasilkan tenaga elektrik adalah bateri dan janakuasa. Simbol : E Unit : Volt (V)
Unit SI kepada kuantiti elektrik a) Cas Elektrik, Q • Terdiri daripada cas positif dan cas negatif. Kuantiti cas ini dinamakan Coulomb. Simbol : Q Unit : Coulomb (C)
Unit SI kepada kuantiti elektrik b) Arus, I • Pergerakan cas elektrik yang disebabkan oleh pergerakan elektron bebas. Ia mengalir dari terminal positif ke terminal negatif. Simbol : I Unit : Ampere (A)
Unit SI kepada kuantiti elektrik c) Voltan, V • Perbezaan keupayaan di antara dua titik dalam litar elektrik. Simbol : V Unit : Volt (V)
Unit SI kepada kuantiti elektrik d) Rintangan, R • Merupakan penentangan terhadap pengaliran arus. Simbol : R Unit : Ohm ()
Unit SI kepada kuantiti elektrik e) Kuasa, P • kuantiti kerja yang dilakukan Simbol : P Unit : Watt (W)