Toleransi dan Ketidakpastian

Kita tinjau kembali definisi dari pengukuran dan yang terkait:
“serangkaian operasi yang bertujuan untuk menetapkan nilai besaran ukur”

( Vocabulary of Basic and General Terms in Metrology – VIM 1993: 2.1 )

besaran ukur ( measurand )
“besaran tertentu yang nilainya diukur ‘
( VIM 1993 :2.6)

hasil pengukuran ( result of measurement )
“nilai yang diberikan pada besaran ukur, yang diperoleh melalui proses pengukuran “
( VIM 1993:3.1 )

Kadang muncul suatu pertanyaan, kenapa harus pengukuran yang akurat?

Pada tiap proses, kepentingan pengukuran yang akurat adalah didasarkan dari; ”kontrol kualitas proses produksi”, hal ini untuk mendapatkan suatu produk berkualitas tinggi yang merupakan hasil dari sebuah proses produksi yang terkontrol dengan baik.
”Sesuai dengan regulasi dan ketentuan yang berlaku”, dengan mulai diberlakukannya standarisasi di berbagai aspek, maka suatu hasil pengukuran yang akurat, merupakan hal yang wajar dijadikan suatu prasyarat dalam suatu proses produksi yang di kemas dalam suatu regulasi yang baku. Kedua hal diatas akan sangat diharapkan untuk mendapatkan pengakuan dari negara lain tentang kualitas produk dari suatu negara, apa lagi jika sudah memasuki ”free trade area” atau kawasan perdagangan bebas. 
Yang terakhir adalah ”Melakukan R & D”, keberhasilan suatu kegiatan yang berhubungan dengan R & D adalah penggunaan peralatan yang memiliki akurasi tinggi sehingga dapat memenuhi kebutuhan hasil pengukuran yang presisi sesuai yang diharapkan. Negara negara maju yang mempunyai kesadaran yang tinggi akan pentingnya akurasi dalam pengukuran, hampir dapat dipastikan lebih maju dibidang R & D dari pada negara lain yang kurang mawas akan pentingnya pengukuran yang akurat.

Pengukuran sendiri memiliki beberapa persyaratan, antara lain: sesuai dengan kebutuhan dan persyaratan yang diinginkan, alat dan metode yang sesuai dengan kebutuhan, staff yang kompeten, berkualitas dan mempunyai banyak pengetahuan dan informasi, sesuai dengan prosedur yang tepat, reprodusible dan tertelusur.

Suatu pengukuran tidak tepat tanpa disertai informasi tentang Ketidakpastian dan Tingkat kepercayaan.

Ketidakpastian yang menunjukkan kualitas hasil pengukuran, “seberapa yakin kita terhadap hasil pengukuran, biasanya ditunjukkan dengan suatu interval; 100 Pa ± 1 Pa”
Tingkat kepercayaan menunjukkan tingkat keyakinan kita terhadap “nilai benar “ terletak pada interval tersebut, biasanya ditunjukkan dengan prosentase; 95%
Sehingga definisi dari ketidak pastian hasil pengukuran adalah: Parameter hasil pengukuran yang memberikan ciri kepada penyebaran nilai yang dikenakan terhadap suatu besaran ukur. Atau bisa dikatakan juga, suatu rentang, yang di dalamnya terdapat nilai-nilai yang mungkin merupakan nilai besaran ukur yang dicari.

X = M ± U

M merupakan Estimasi nilai ukur 

U adalah Ketidakpastian pengukuran

Suatu pengukuran tidak akan dapat dengan tepat menentukan nilai besaran yang diukur; yang dapat dilakukan hanya mencari taksiranan nilai benar

Ketidakpastian pengukuran dapat berasal dari factor factor berikut; Instrument (perubahan karena pemakaian, drift, elektronik noise dll.), Objek ukur (ketakstabilan objek ukur, misal pada saat mengukur kotak es), Proses pengukuran (pengukuran yang sulit dilakukan, misal menimbang hewan), Ketidakpastian bawaan (hasil dari kalibrasi), Operator (kompetensi, penilaian dan kecepatan reaksi, misal pemakaian stop watch), Kondisi Lingkungan (suhu, tekanan ruang, kelembaban udara), dan lain sebagainya.

“Ketidakpastian Pengukuran adalah hal terpenting dalam hasil pengukuran”.…lalu apa pentingnya?

Dapat kita analisa dari deskripsi berikut, dalam suatu proses produksi untuk mendapatkan suatu hasil produk yang diinginkan, sering kita dengan istilah ”toleransi” yang sering menepel dalam suatu spesifikasi teknis suatu alat atau barang. Definisi dari toleransi adalah: Besarnya kesalahan atau penyimpangan yang diijinkan dalam produk/hasil kerja yang ditetapkan dalam desain, peraturan, standar, dll..

Sedangkan hubungannya dengan definisi ketidakpastian adalah:Besarnya kesalahan yang mungkin terjadi dalam pengukuran yang dievaluasi setelah ada hasil pekerjaan yang diukur.

Akan lebih mudah lagi pemahaman mengenai hubungan antara toleransi dan ketidakpastian hasil pengukuran.

Jika kita tidak tahu berapa toleransi yang harus dipenuhi, maka hasil pengukuran menjadi tidak terlalu berarti!

Tipuan mata dari sisi metrology

Banyak sekali gambar gambar yang sering terlihat mengecoh pikiran orang, seperti contoh dibawah ini:


Tanpa adanya informasi tambahan pada kedua ilustrasi diatas, bisa jadi terbentuk suatu kesimpulan bahwa bahwa lingkaran (yang berada ditengah) pada sisi kiri, lebih kecil dari pada sisi kanan.

Demikian juga dengan gambar berikut:


Dari kedua gambar garis dengan arah panah yang berkebalikan diatas, dapat tercipta suatu anggapan bahwasannya, garis disebelah kiri lebih panjang dari garis disebelah kanan, tanpa adanya keterangan tambahan.

Sesungguhnya kedua ilustrasi diatas , baik lingkaran ataupun garis memiliki ukuran yang sama antara sisi kanan dan kiri.

Fenomena diatas sering di sebut dengan tipuan mata, yang dapat dijelaskan dengan pendekatan metrologi sederhana. Kesalahan asumsi atau kesimpulan diatas, timbul dari ”kekurangan” informasi atau keterangan yang bersifat kuantitatif, yang berkaitan dengan gambar. Sehingga hal ini akan mengakibatkan kesalahan dari kesimpulan yang terbentuk.

Pada ilustrasi pertama – pada sisi sebelah kiri - mata akan mengukur besarnya lingkaran ditengah dengan membandingkannya terhadap lingkaran yang berada di sekitarnya (yang tentu saja memiliki ukuran yang lebih besar), sehingga kesimpulannya lingkarannya kecil. Sedangkan pada sisi sebelah kanan lingkaran di tengah dibandingkan dengan lingkaran disekelilingnya (yang berukuran lebih kecil), sehingga manghasilkan kesimpulan bahwa lingkaran tersebut besar. Demikian juga dengan ilustrasi kedua.

Secara sederhana dari sisi metrologi, terjadinya kesalahan penyimpulan disebabkan oleh adanya kekurangan informasi yang berupa ”ukuran”, sehingga justifikasi yang terjadi didasarkan oleh perbandingan relatif, terhadap objek yang berada disekitarnya. Sedangkan objek acuan yang berada disekitar masing masing objek ukur, tidak mempunyai ukuran yang sama. Dalam metrologi, acuan ataupun referensi yang digunakan, haruslah suatu objek yang sama, ataupun objek yang berbeda akan tetapi telah tertelusur dari suatu objek acuan yang sama.

Bandingkan dengan ilustrasi diberikut:


Gambar diatas mempunyai informasi yang cukup berupa ukuran, selain itu dibandingkan dengan acuan yang sama yang berada ditengah kedua gambar (anggaplah tepian penggaris yang berskala). Sehingga kemungkinan kesalahan penyimpulan akibat tipuan mata dapat diminimalisir dengan pemahaman tentang dasar metrologi.