Kalibrasi temperature pada PT100

 Abstrak 

Kalibrasi temperatur berupa PT100 maupun thermocouple dapat menggunakan metode perbandingan maupun simulasi. 

Metode perbandingan digunakan dengan cara membandingkan kalibrator standar berupa es batu maupun air mendidih 

terhadap indikator digital controller E5EK Omron. Data pengukuran temperatur dihitung melalui ketidakpastian standar, 

ketidakpastian master, ketidakpastian gabungan, dan ketidakpastian terentang. Hasil data pengukuran dibuat Simulasi 

dengan manipulasi data pada indikator digital controller E5EK Omron dengan cara mencari InsL dan InsH untuk 

menentukan nilai nominal temperatur. 

Abstract 

Temperature Calibration of PT100 and Thermocouple. The method of comparison used by comparing the calibrator 

standard form of ice cubes and boiling water to E5EK Omron controllers digital indicators. Temperature measurement 

data is calculated through a standard uncertainty, uncertainty master, uncertainty and uncertainty combined 

outstretched. Simulation results of the measurement data created by the manipulation of data on indicators digital 

controller E5EK Omron by searching InsL and InsH nominal value of the temperature.

Keywords: calibrator standar, simulation, thermocouple

1. Pendahuluan 

Setiap Instrumen Alat Ukur/sensor sebelum digunakan 

atau setelah digunakan pada periode tertentu (6 bulan 

atau 12 bulan), harus dilakukan pengukuran dan 

dikalibrasi sesuai standar nasional ataupun 

internasional. Alat ukur/sensor merupakan ujung 

tombak dalam kualitas produk yang dihasilkan, karena 

langsung berhubungan dengan proses, sehingga perlu 

dipelihara untuk mendapatkan umur (life time) yang 

panjang. Sensor temperatur pada themocouple ataupun 

PT100, banyak digunakan dalam industri yang 

menggunakan mesin pemanas, sebagai alat ukur 

temperatur supaya tetap stabil. Pengukuran adalah 

berupa proses menyatakan suatu angka secara empirik 

dan objektif pada kejadian nyata sedemikian rupa, 

sebagai angka tadi dapat menjadikan gambaran yang 

jelas mengenai objek atau kejadian tersebut. Kalibrasi 

merupakan suatu kegiatan untuk menentukan 

keberadaan konvensional nilai penunjukkan alat ukur 

dan bahan ukur berdasarkan standar [1]. Untuk proses 

kalibrasi, perlu ada pengukuran terlebih dahulu pada 

objek yang ada misalnya pada temperatur proses. Ada 

beberapa metode dalam kalibrasi antara lain simulasi, 

perbedaan fasa. Umumnya yang banyak digunakan 

berupa metode kalibrasi perbandingan untuk 

membandingkan kalibrator standar alat ukur terhadap 

beban ukur yang dipakai, baru dilakukan perhitungan 

deviasi berdasarkan standar. Cara ini memerlukan 

standar kalibrator yang harus dikalibrasi di Lembaga 

Kalibrasi KAN/LIPI sehingga harganya mahal. Untuk 

kalibrasi alat ukur/sensor suhu yang berupa 

thermocouple ataupun PT100 dapat menggunakan 

media kalibrasi yang berupa bak air 1–100 °C, bak es 

0 °C. 

Pemanfaatan kalibrator standar dari temperatur es (0 °C) 

dan temperatur suhu air mendidih (100 °C). Setelah 

dibandingkan dengan bahan yang diukur (PT100) baru 

dibuat simulasi sehingga dapat menentukan 

deviasi/kesalahan dari PT100 yang dilihat pada 

indicator controller. Hal ini merupakan suatu ide baru 

untuk menggantikan peranan kalibrator yang ada 

(metode Perbandingan). Indicator controller dapat diset

100 JURNAL ILMIAH ELITE ELEKTRO, VOL. 2, NO. 2, SEPTEMBER 2011: 99-104

sesuai dengan hasil yang diperoleh dari hasil 

perbandingan dan simulasi [2]. 

Pemanfaatan dari hasil penelitian ini berupa: bahan 

pembelajaran Instrumentasi Industri bagi pengajar, 

mahasiswa listrik dan elektronik pada Jurusan Teknik 

Elektro. Ide baru dalam kalibrasi temperatur 

menggantikan cara konvensional yang berupa metode 

perbandingan sehingga dapat digunakan oleh teknisi 

industri instrumen sebagai alat ukur kalibrasi mandiri 

tanpa diberikan ke vendor (teknisi instrumen dari luar), 

sehingga akan mengurangi biaya. Cara termudah untuk 

mengkalibrasi temperatur (PT100, Thermocouple) yang 

banyak digunakan oleh industri tanpa kalibrator 

pembanding. 

Adapun permasalahan dalam penelitian ini adalah 

bagaimana membuat model kalibrasi sensor temperatur 

(PT100 dan Thermocouple) dengan metode 

perbandingan dan simulasi dari kalibrator suhu 0 °C 

(bak es) dan suhu 100 °C (bak air mendidih), dan 

membuat analisis ketidakpastian berdasarkan 

deviasi/kesalahan; bagaimana menetapkan parameter-

parameter temperatur nominal yang diizinkan sesuai 

standar pada model simulasi indicator controller yang 

merupakan suatu nilai dari kalibrasi PT100 dan 

Thermocouple. Ketidakpastian pengukuran adalah 

proses mengaitkan sesuatu angka secara empirik dan 

obyektif pada sifat-difat obyek atau kejadian nyata 

sedemikian rupa sehingga angka tadi dapat memberikan 

gambaran yang jelas mengenai obyek atau kejadian 

tersebut. membuat gambaran/deskripsi; memperkirakan/ 

meramalkan; mengadakan komunikasi; memutuskan; 

mengatur/mengendalikan, dan memberikan reaksi. Hasil 

pengukuran harus mencantumkan suatu perkiraan yang 

menggambarkan seberapa besar kesalahan yang 

mungkin terjadi, dalam batas-batas kemungkinan yang 

wajar. Nilai ini sekaligus menunjukkan kualitas 

pengukuran. Semakin kecil nilai perkiraan itu, berarti 

semakin baik pula kualitas pengukurannya [3]. Kalibrasi 

adalah suatu kegiatan untuk menentukan kebenaran 

kovensional nilai penunjukkan alat ukur dan bahan 

ukur. Pelaksanaan kalibrasi dilakukan dengan cara 

membandingkan alat ukur dan bahan ukur yang akan 

dikalibrasi terhadap sandar ukurnya yang mampu 

telusur (traceable) ke standar nasional dan atau 

internasional. Sedangkan tujuan dengan kalibrasi dapat 

ditentukan deviasi kebenaran konvensinal nilai 

penunjukkan suatu alat ukur, atau deviasi dimensi 

nominal yang seharusnya suatu bahan ukur. Manfaat 

dengan kalibrasi kondisi alat ukur dan bahan ukur dapat 

dijaga tetap sesuai dengan spesifikasinya. Yang perlu 

dikalibrasi semua jenis alat ukur pelu dikalibrasi, baik 

alat ukur besaran dasar (panjang, massa, waktu, arus 

listrik, suhu, jumlah zat, intensitas cahaya), luas, isi, 

kecepatan, tekanan, gaya, frekuensi, energi, gaya dan 

sebagainya. Periode kalibrasi bila suatu alat ukur 

termasuk katagori legal, maka periode kalibrasinya telah 

ditentukan, kalibrasinya tergantung pada keperluan dan 

atau frekuensi penggunaanya. Beberapa contoh periode 

kalibrasi untuk beberapa instrument ukur tertentu: 

thermocouple 2 bulan; therm. controller 12 bulan; 

hygrometer 6 bulan; micrometer 3 bulan; vernier caliper 

12 bulan; Gauge block 24 bulan; profile proyektor 12 

bulan [2]. Metode kalibrasi suhu: perbandingan; 

perubahan fasa (titik tetap); Ketidakpastian 

(pengukuran): suatu parameter berupa rentang 

kumpulan nilai-nilai yang dapat dianggap mencakup 

nilai measurement. Karena tidak mungkin melakukan 

pengukuran dengan ketepatan dan ketelitian yang 

mutlak, maka juga tidak mungkin membuat suatu benda 

dengan ukuran yang tepat sama dengan spesifikasi yang 

diminta. Memahami kenyataan ini, para perancang 

teknik memberikan suau batas toleransi dalam 

rancangan benda produksi. Batas toleransi adalah 

besarnya kesalahan yang paling besar yang diperkirakan 

atau dianggap tidak akan mengurangi mutu produk atau 

menggangu fungsinya. Artinya, jika terjadi kesalahan 

dalam proses produksi sehingga ukuran benda yang 

dibuat berbeda dengan ukuran dalam rancangan, 

diharapkan benda itu tetap dapat berfungsi asalkan 

kesalahannya lebih kecil dari pada toleransinya. 

Toleransi: Besarnya kesalahan yang diijinkan dari nilai 

spesifikasi. Untuk menghitung ketidakpastian 

pengukuran dapat berupa memperhitungkan pengaruh 

ketidakpastian dalam suatu pengukuran terhadap 

pengukuran lain yang berkaitan dengan pengukuran 

tersebut. Metode untuk menghitung ketidakpastian 

pengukuran telah dibuat oleh berbagai lembaga, namun 

yang digunakan sebagai acuan internasional adalah 

dokumen yang dikeluarkan oleh Oganisasi Standarisasi 

Internasoanal (ISO). Dokumen itu berjudul Guide to the 

Expression of Uncertainly in Measurement (ISO GUM). 

Sesuai dengan namanya sesungguhnya dokumen ini 

bukanlah dokumen baku (standar) yang bersifat 

mengikat, melainkan hanya sebuah panduan. Pedoman 

KAN DP.01.23 [4]. Setiap pengukuran pasti 

mengandung kesalahan (error). Kesalahan tersebut 

ditimbulkan oleh berbagai faktor diantaranya adalah: 

operator, instrumen ukur, kondisi lingkungan, obyek 

ukur, metode pengukuran. Komponen pengukuran dapat 

dibagi menjadi beberapa kelompok: standar atau acuan: 

benda ukur, peralatan, metode, lingkungan, personil 

atau perilaku pengukuran. 

ISO guide mendefinisikan dua jenis atau katagori 

komponen ketidakpastian,tipe A dan tipe B yang 

dibedakan menurut metode evaluasinya. Tipe A 

dievaluasi dengan menggunakan metode statistik yang 

baku untuk menganalisis satu himpunan atau sejumlah 

himpunan pengukuran, dan mencakup jenis kesalahan 

yang disebut kesalahan acak. Kesalahan ini dicirikan 

oleh taksiran variasi atau simpangan baku, nilai rata-rata 

dan derajat kebebasan. Tipe B dievaluasi dengan cara 

selain analisis statistik pada sejumlah pengamatan. 

Ketidakpastian ini mencakup kesalahan yang. Dicirikan

oleh taksiran variasi atau simpangan baku, nilai rata-rata 

dan derajat kebebasan. Menghitung ketidakpastian 

pengukuran yang diuraikan dalam ISO Guide mencakup 

langkah-langkah evaluasi berupa: Kenali faktor-faktor 

yang berkontribusi pada ketidakpastian; Buat model 

matematik pengukuran; Cari ketidakpastian baku 

masing-masing komponen; Hitung ketidakpastian baku 

gabungan; Hitung ketidakpastian terentang dengan 

menggunakan factor cakupan. Sumber ketidakpastian 

yang paling berpengaruh dalam pengukuran adalah: 

Daya baca alat ukur (skala atau tampilan alat); 

Kebenaran nilai instrumen acuan (sertifikasi kalibrasi); 

Sebaran nilai-nilai pengukuran (pengukuran berulang). 

Model matematika pengukuran berupa persamaan yang 

menunjukkan hubungan antara input dan output. Nilai 

pengukuran = Penunjukkan alat ukur + Koreksi alat 

ukur [5]. Ketidakpastian baku dihitung dengan 

Persamaan: 

Tipe A dari pengukuran berulang 

n

s

u =

Tipe B dari resolusi alat ukur 

n

s

u =

Tipe B dari sertifikasi kalibrasi 

n

s

u =

Keterangan: s = simpangan baku; n = banyaknya 

pengukuran; a = setengah dari resolusi terkecil yang 

dapat dibaca. u = nilai ketidakpastian pada tingkat 

kepercayaan 95% yang dicantumkan dalam sertifikat 

kalibrasi. Derajat kebebasan 

Tipe A→ v = n – 1 

Tipe B→ ⎟

⎠

⎞ ⎜

⎝

⎛ = R

v

100

2

1

R = relative uncertainly

Derajat kebebasan efektif: 

...

2

2

1

1 = + + +

v

U

v

U

verrot Uc (1) 

Ketidakpastian baku gabungan (Combined standar 

uncertainly): 

Uc = C1U1 + C2U2 + C3U3 +… (2) 

Ketidakpastian terentang: 

U = k, Uc 

Ruang kepercayaan 68%, dengan faktor cakupan 1, 

ruang kepercayaan 95% dengan faktor cakupan 2, ruang 

kepercayaan 99,73% dengan faktor cakupan 3. 

Evaluasi ketidakpastian tipe A. Ketidakpastian 

standar tipe A dievaluasi dengan metode statistik dari 

suatu seri pengamatan pengukuran. Komponen evaluasi 

ke...., ketidakpastian standar tipe A berasal dari efek 

random. Pada umumnya estimasi terbaik dari nilai suatu 

besaran q yang bervariasi secara random (acak) adalah 

nilai rata-rata q. Deviasi standar eksperimen s (q) 

digunakan untuk mengestimasi distribusi q; deviasi 

standar eksperimen dari rata-rata s (q) digunakan untuk 

mengestimasi selebaran distribusi rata-rata. Dalam 

mendokumentasikan evaluasi komponen-komponen 

ketidakpastian tipe A, maka derajat kebebasan harus 

dicantumkan.

Evaluasi ketidakpastian standar B. Evaluasi 

ketidakpastian tipe B dilakukan tidak dengan cara 

analisis statistik dari seri pengamatan pengukuran. 

Tetapi dievaluasi berdasarkan penetapan secara ilmiah 

menggunakan informasi-informasi yang tersedia seperti: 

data pengukuran sebelumnya, pengalaman, sifat-sifat 

material/instrument secara umum, spesifikasi pabrik, 

data dari laporan/sertifikasi kalibrasi, data yang diambil 

dari buku/literatur. Dalam mempertimbangkan 

ketidakpastian tipe B kita harus mengubah dari 

ketidakpastian yang dikutip ke ktidakpastian standar, 

dengan cara membagi dengan faktor pengali. Dalam 

sertifikat kalibrasi tercantum nilai ketidakpastian 

sebesar 4 Pa dengan faktor pengali 2. Maka 

ketidakpastian standar = 2 Pa. Cara lain untuk 

mengubah ketidakpastian yang dikutip dari 

ketidakpastian standar adalah dengan cara membagi 

dengan suatu faktor yang bergantung pada distribusi 

probabilitas. distribusi probabilitas rectangular.

Ketelitian pengukuran sebuah voltmeter 0,05%, maka 

batas setengah interval adalah 0,005% dan 

ketidakpastian standar dihitung dengan rumus: U (v) = 

0,005%, distribusi probabilitas triangular. Distribusi ini 

merupakan model yang lebih baik, jika diketahui bahwa 

kebanyakan nilai-nilai pengukuran mendekati pusat 

(center) distribusi. Ketidakpastian standar dihitung 

dengan membagi setengah interval (a) dengan akar 

enam, Distribusi probabilitas normal (Gauss). Bentuk 

distribusi ini digunakan untuk ketidakpastian yang 

mempunyai interval kepercayaan 95% atau 99%. 

Ketidakpastian standar dihitung dengan cara membagi 

ketidakpastian kutipan dengan suatu faktor. Distribusi 

rectangular merupakan model yang sering digunakan 

terutama bila tidak dapat diketahui model tertentu 

seperti model-model distribusi triangular, normal dan 

lainnya. Pada umumnya kita dapat mengganggap derajat 

kebebasan tak terhingga. 

Suatu bahan ukur (sensor suhu PT100) kalibrasi kondisi 

alat ukur dan bahan ukur dapat dijaga tetap sesuai 

seperti aslinya. Semua jenis alat ukur perlu dikalibrasi 

baik alat ukur besaran tekanan, teperatur, level dan 

sebagainya [1]

Persamaan simulasi pada indicator controller

menggunakan Omron Mk 500 adalah: 

{ ( )} ( ) ( ) 2 2 1 1 1 1

1

1 X Y X Y X Y

Y Y

Y Y I

L

L

SL − − − + − −

− η = (3) 

{ ( )} ( ) ( ) 2 2 1 1 1 1

1

1 X Y X Y X Y

Y Y

Y Y I

L

H

SH − − − + − −

− η = (4) 

Dengan YL = set temperatur low limit, Yh = set 

temperatur high limit, Y1 = penunjukkan indikator 

pertama, Y2 = penunjukkan indikator kedua, X1 = 

temperatur standar pertama, X2 = temperatur standar 

kedua. Dari persamaan di atas dapat dibuat simulasi 

pada indicator controller (Omron Type EK 500). 

2. Metode Penelitian 

Merancang dan membuat model kalibrasi pada sensor 

temperatur (PT100, dan thermocouple) dengan metode 

perbandingan dan simulasi. Mengimplementasikan 

bentuk matematika untuk proses kalibrasi dengan 

metode simulasi hasil dari metode perbandingan dari 

suatu pengukuran sensor temperatur PT100 dan 

thermocouple. Sebagai langkah awal dari suatu 

pembuktian teori yang dikembangkan melalui tahapan 

model dari kalibrasi dengan metode perbandingan dan 

dibuat simulasi pada indicator controller untuk sensor 

suhu PT100 dan thermocouple. Sebagai media 

pembelajaran bagi pengajar dan mahasiswa Teknik 

Elektro dalam mata kuliah Instrumentasi Industri, yang 

selama ini masih menggunakan metode perbandingan. 

Sebagai acuan bagi teknisi instrumen di industri akan 

pentingnya kalibrasi dari suatu alat ukur/sensor 

temperatur, dapat dikerjakan sendiri tanpa perlu 

kalibrator dari vendor, yang selama ini digunakan, 

sehingga akan menghemat waktu dan biaya. 

3. Hasil dan Pembahasan 

Pengambilan data di Laboratorium Elektronik dan alat 

yang diperlukan untuk kalibrasi temperatur berupa: 

master kalibrasi berupa thermos es (0 °C) dan air 

mendidih (100 °C) pada heater, Alat yang dikalibrasi 

(indikator) E5EK Omron, Pedoman pelaksanaan, 

kalibrasi (SOP), Pelaksanaan kalibrasi dilaksanakan 

pada indicator E5EK yang terpasang pada mesin yang 

mengatur temperatur misalnya mesin curing pada proses 

pembuatan ban [6-7]. Kalibrasi harus sesuai dengan 

bagan alir seperti ditunjukkan pada Gambar 1. 

Data pengukuran dan analisis set-up peralatan indikator 

berupa E5EK Omron digital controller. Ada 3 data 

pengukuran: minimal, medium, dan maksimal [8-9]. 

Data pengukuran PT 100 setelah dikalibrasi (Gambar 2), data 

pengukuran PT 100 setelah dikalibras

Perhitungan Ketidakpastian: 

0,3

1

( )

100

1

2 =

−

−

° =

∑∞

i= n

X X

Air mendidih C Usd

; 0,15

2 = = Usd Um ; 

0,33 2 2 Uc = Usd +UM = ; U exp=UcxK= 0,65

Dengan: Usd= ketidakpastian standar, Um= 

ketidakpastian master, Uc= ketidakpastian gabungan, 

Uexp= ketidakpastian terentang, tingkat kepercayaan 

95% (K=2). 

Dari data perbandingan dapat dibuat simulasi dengan 

manipulasi data pada digital controller E5EK OMRON. 

Setting 1. PT 100: 

{ }( ) ( )( ) 2 2 1 1 1 1

2 1

1 x X Y X Y X Y

Y Y

Y Y

In SL L − − − + − −

− = .....(5) 

InSL = −11,5

{ }( ) ( )( ) 2 2 1 1 1 1

2 1

1 x X Y X Y X Y

Y Y

Y Y In SH H − − − + − −

− = .....(6) 

InSH = 37

Setting pada level 2 digital controller = Indikator 

ESEK. 

Tabel 1. Data Pengukuran PT100 sebelum Dikalibrasi 

Actual °C Koreksi °C Usd Um Uc Ucxp 

5,0 

 56 

 5,6 

 6,2 

0,42 0,21 0,47 0,94 

106,4 

107,2 

107,0 

10,686 0,30 0,15 0,33 0,65 

Tabel 2. Data Pengukuran PT100 setelah Dikalibrasi 

(Gambar 2) 

Master 

[°C] 

Actual 

[°C] Koreksi Usd Um Uc Uexp

0,0 

Es Batu 

0,0 

0,1 

0,2 

0,1 0,05 0,025 0,056 0,1 

Tabel 3. Data Pengukuran Thermocouple 

Master 

°C 

Actual 

°C 

Koreksi Usd Um Uc Uexp

100,00 

Air mendidih 

98,2 

97,8 

98,0 

98 0,14 0,07 0,156 0,31

Tabel 4. Data Pengukuran Thermocouple sebelum 

Dikalibrasi dengan DWT Callibrator

Master 

[°C] 

Actual Penunjukan Koreksi 

130,0 129,57 

129,57 

129,57 

141 

141 

140 

10,6 

160,0 159,46 

159,46 

159,46 

171 

170 

171 

10,6 

190,0 189,48 

189,48 

189,48 

200 

199 

200 

9,66 

4. Simpulan 

 PT100 sebelum dikalibrasi dengan air mendidih (100 

°C) Uexp = 0,65, setelah dikalibrasi mendapatkan Uexp 

= 0,31 dengan tingkat kepercayaan 95% (K=2). 

Simulasi pada kalibrasi PT100 dengan es batu dan air 

mendidih (100 °C) dengan manipulasi data pada 

indikator controller ESEK akan mendapatkan In SL = -

11,5 dan In SH = 37 pada posisi level 2. Untuk kalibrasi 

temperatur PT100 dan thermocouple dapat 

menggunakan kalibrator standar berupa es batu (0 °C) 

dan air mendidih (100 °C). Hasil perhitungan 

ketidakpastian dari PT100 adalah dengan thermocouple 

adalah simulasi dengan manipulasi data pada digital 

controller ESEK OMRON didapatkan: In SL= -14,2; In 

SH= 102,4; terdapat pada level 2. 

Daftar Acuan 

[1] M.C. Douglas, Process Instrumentations and 

Controls Handbooks, MC Graw Hill International, 

Los Angeles, 2003, p.1356.

[2] R.K. Jain, Mechanical and Industrial Measurement, 

Khana Publishers, Delhi, 2002, p.805.

[3] C.T. Killian, Modern Control Technologi: 

Components and Systems, 2nd ed., Delmar 

Publisher/ Delmar/Thomson Learning, Singapore, 

2005, p.628.

[4] KAN/BSN, Pedoman Kalibrasi Multimeter Digital 

(DMM), Komite Akreditasi Nasional, Jakarta, 

2006, DP.yy.xx, http://www.bsn.or.id, 2006.

[5] P. Dostálek, V. Vašek, J. Dolinay, WSEAS Trans. 

Syst. Control, 3/9 (2008) 779.

[6] H. Fang, K. Fang, International Conference on 

Measuring Technology and Mechatronics 

Automation, 3 (2010) 852.

[7] F. Carden, R. Jedlicka, R. Henry, Telemetry 

System Engineering, Artech House, Norwood, MA, 

USA, 2002, p.596.[8] Y.C. Lim, A.Z. Kouzani, W. Duan, A. Kaynak, 

IEEE/ICME International Conference on Complex 

Medical Engineering, Gold Coast, Australia, 2010, 

p.396.

[9] I.T. Jolliffe, Principal Component Analysis, 2nd 

ed., Springer-Verlag New York Inc., New York, 

2002, p.487. 

[10]J.M. Vidal, P. Buhler, C. Stahl, Multi-Agent 

Systems with Workflows, IEEE Internet Comput. 

8/1 (2004) 76.