Jurnal Race Vol 6 No 1 Wahyu Budi Mursanto

Vol. 6, No. 1, Maret 2012 ISSN 1978 1709

Journal Refrigeration, Air Conditioning and Energy

PENGARUH HAMBATAN ALIRAN PADA DOWNSTREAM TERHADAP

KARAKTERISTIK PEMISAHAN KEROSENE-AIR PADA T-JUNCTION SUDUT 90 0 RADIUS BELOKAN 25 mm

Tineke Saroinsong

SISTEM PEMELIHARAAN INSTALASI MOTOR LISTRIK PADA MESIN INDUSTRI PENGASUTAN

BINTANG-SEGITIGA DENGAN DUA ARAH PUTARAN Bambang Priyandono

PROSES FERMETASI FED BATCH Lactobacillus acidophilus

UNTUK PRODUKSI PROBIOTIK Unung Leoanggraini

RANCANG BANGUN MODUL PRAKTIKUM PROTEKSI TEGANGAN SENTUH PADA SISTEM PEMBUMIAN TN

MENGGUNAKAN ELCB C.Nanik Listiarini

RANCANG BANGUN ALAT UKUR TEMPERATUR

MENGGUNAKAN TERMOKOPEL Wahyu Budi Mursanto

STUDI EKSPERIMENTAL SISTEM (MESIN) TRAINING UNIT

AC MOBIL MENGGUNAKAN CAPILLARY TUBE SEBAGAI METERING DEVICE

Ade Suryatman Margana

JURUSAN TEKNIK REFRIGERASI DAN TATA UDARA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

Jurnal RACE Vol. 6 No. 1

Halaman 661 707

Bandung Maret 2012

ISSN 1978 1709

RACE

RACE Vol. 6, No. 1, Maret 2012 ISSN 1978 1709

Journal of Refrigeration, Air Conditioning and Energy

RACE Jurnal Refrigerasi, Tata Udara, dan Energi

PENERBIT Jurusan Teknik Refrigerasi & Tata Udara

Politeknik Negeri Bandung (POLBAN)

PEMIMPIN UMUM Ade S Margana

PEMIMPIN REDAKSI

Aries Prih Haryono

SEKRETARIS REDAKSI Apip Badarudin

REDAKSI PELAKSANA

Sumeru

REDAKSI AHLI

Dr. Ir. Rachmad Imbang T.,MT. Dr. Maria F. Soetanto, Dipl.Ing.,MT Ir. Henry Nasution, MT, PhD Ir. Andriyanto Setyawan, MT Ir. Arda Raharja Lukitobudi, M.Eng. Ir. Sumeru, MT Ir. Windy H. Mitrakusuma, MT

Jurusan Teknik Mesin - Polban Jurusan Teknik Penerbangan - Polban

Jurusan Teknik Mesin - Universitas Bung Hatta Jurusan Teknik Refrigerasi & Tata Udara - Polban Jurusan Teknik Refrigerasi & Tata Udara - Polban Jurusan Teknik Refrigerasi & Tata Udara - Polban Jurusan Teknik Refrigerasi & Tata Udara - Polban

ALAMAT REDAKSI

Jurusan Teknik Refrigerasi & Tata Udara Politeknik Negeri Bandung

Jl. Gegerkalong Hilir Ciwaruga Telp.(022)-2013789, ext.254/255, (022)-91377401

Fax: (022)-91493644 e-mail: [email protected]

Jurnal RACE terbit tiga kali setahun, pada bulan Maret dan September. Memuat artikel ilmiah dalam bidang refrigerasi, tata udara, dan energi,

meliputi konversi maupun konservasi energi.



KATA PENGANTAR

Segala puji bagi Illahi Robbi atas terbitnya Jurnal RACE Vol. 6, No. 1, Maret 2012. Pada

edisi ini hanya menampilkan 6 (enam) artikel.

Tak lupa, dewan redaksi mengucapkan terima kasih atas sumbangan artikel pada Jurnal

RACE, sehingga kesinambungan penerbitannya tetap terjaga.

Seperti biasanya, pada kesempatan ini, dewan redaksi mengajak para peneliti maupun

praktisi dalam bidang refrigerasi, tata udara, dan energi, baik di lingkungan Politeknik Negeri

Bandung (Polban) maupun di luar Polban untuk menyumbangkan tulisan ilmiahnya pada Jurnal

RACE. Oleh karena, kesinambungan Jurnal RACE merupakan tanggung jawab kita semua,

khususnya para staf pengajar Jurusan Teknik Refrigerasi & Tata Udara, dan Jurusan Teknik

Konversi Energi.

Semoga artikel dalam Jurnal RACE ini dapat bermanfaat bagi para pembaca, dan dapat

memberikan inspirasi dalam pengembangan ilmu maupun teknologi dalam bidang refrigerasi,

tata udara, dan energi.

Dewan Redaksi



RACE Jurnal Refrigerasi, Tata Udara, dan Energi

DAFTAR ISI

Vol. 6, No. 1, Maret 2012 ISSN 1978 - 1709 Judul: halaman PENGARUH HAMBATAN ALIRAN PADA DOWNSTREAM TERHADAP 661-666 KARAKTERISTIK PEMISAHAN KEROSENE-AIR PADA T-JUNCTION SUDUT 90 0 RADIUS BELOKAN 25 mm Tineke Saroinsong SISTEM PEMELIHARAAN INSTALASI MOTOR LISTRIK 667-677 PADA MESIN INDUSTRI PENGASUTAN BINTANG-SEGITIGA DENGAN DUA ARAH PUTARAN Bambang Priyandono PROSES FERMETASI FED BATCH Lactobacillus acidophilus 678-683 UNTUK PRODUKSI PROBIOTIK Unung Leoanggraini

RANCANG BANGUN MODUL PRAKTIKUM PROTEKSI TEGANGAN 684-689 SENTUH PADA SISTEM PEMBUMIAN TN MENGGUNAKAN ELCB C.Nanik Listiarini RANCANG BANGUN ALAT UKUR TEMPERATUR 690-701 MENGGUNAKAN TERMOKOPEL Wahyu Budi Mursanto STUDI EKSPERIMENTAL SISTEM (MESIN) TRAINING UNIT 702-707 AC MOBIL MENGGUNAKAN CAPILLARY TUBE SEBAGAI METERING DEVICE Ade Suryatman Margana

RACE Vol. 6, No. 1, Maret 2012

690


RANCANG BANGUN ALAT UKUR TEMPERATUR MENGGUNAKAN TERMOKOPEL

Wahyu Budi Mursanto

Jurusan Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Bandung (email : [email protected])

Abstrak Penelitian ini membahas pembuatan suatu alat ukur temperatur yang

menggunakan elemen termokopel dengan menggunakan komponen yang mudah dicari di pasaran. Elemen termokopel mempunyai karakteristik yang menarik seperti bentuknya simpel, kokoh, jangkauan temperatur yang lebar dan mampu membangkitkan tegangan sendiri walaupun sangat kecil. Kelemahan dari elemen termokopel adalah karakteristik keluaran yang tidak begitu linier, tegangan yang dibangkitkan sangat kecil, agak kurang stabil, kurang sensitif, serta memerlukan referensi temperatur. Dengan memperhatikan semua kelebihan dan kekurangan yang ada, maka dibuat suatu alat ukur temperatur dengan memperhatikan derau atau noise yang ada, jenis pengkondisi sinyal yang dipakai, penggunaan referensi tegangan (cold junction temperature), teknik grounding atau isolasinya, serta penggunaan software compensation. Hasil penelitian memperlihatkan bahwa LM335 dapat digunakan sebagai cold junction reference temperature bagi rangkaian termokopel, walaupun pada penelitian ini LM 335 yang digunakan mempunyai konstanta waktu yang lebih besar daripada konstanta waktu elemen termokopel. Penguat selisih yang diaplikasikan juga mampu untuk menghasilkan penguatan yang diinginkan, tanpa menambahkan penapis aktif lagi. Pemakaian IC umum TL081 dan CA 3140 mampu memberikan hasil yang bagus dalam penelitian ini. Pemakaian kompensasi hardware dan software mampu menghasilkan keluaran yang linier terhadap input yang diberikan. Kata kunci :Termokopel, konstanta waktu, cold junction temperature reference,, Daftar Simbol : T : Temperatur, oC. V : Tegangan, Volt. 1. PENDAHULUAN Process variable dasar adalah flow, level, pressure, dan temperature. Keempat process variable ini dapat ditemukan hampir di semua proses industri. Process variable yang lain, misalnya pH, konduktansi , komposisi, dll, hanya ditemukan di dalam industri-

industri yang memang membutuhkan parameter tersebut.

Pengukuran temperatur yang merupakan salah satu dari process variable dasar tersebut akan ditinjau secara seksama. Banyak cara untuk mengukur temperatur dengan berbagai macam elemen. Elemen yang biasa digunakan pada transduser temperatur adalah : termistor, RTD, elemen IC dan termokopel. Masing-masing mempunyai karakteristik dan prinsip kerja yang berbeda-beda. Dari keempat elemen


691


tersebut, maka elemen termokopel merupakan populasi yang paling banyak ditemukan di dunia industri. Hal ini terjadi karena range temperatur dari elemen termokopel yang paling lebar dan bervariasi.

Transduser temperatur yang menggunakan elemen RTD (platinum) memang pilihan yang bagus namun harganya lebih mahal dan jangkauan temperaturnya tidak selebar termokopel. Elemen IC dan termistor relatif kurang pemakaiannya karena jangkauan temperaturnya yang terbatas dan mudah pecah (fragile). Jadi pemilihan transduser temperatur yang akan dipakai tergantung jenis, situasi dan kondisi proses. Karena itulah termokopel merupakan elemen yang paling banyak dipakai industri.

Jenis-jenis termokopel yang ada di

pasaran adalah tipe K, J, E , R , S dan T. Masing -masing mempunyai sensitivitas dan range temperatur yang berbeda-beda. Dari jenis-jenis termokopel yang ada tersebut, maka yang paling banyak dipakai di dunia industri adalah termokopel jenis K. Keluaran transduser temperatur biasanya dalam format sinyal tegangan , arus, atau frekuensi .

Penelitian ini membahas pembuatan suatu alat ukur temperatur yang menggunakan elemen termokopel dengan menggunakan komponen yang mudah dicari di pasaran. Elemen termokopel mempunyai karakteristik yang menarik seperti bentuknya simpel, kokoh, jangkauan temperatur yang lebar dan mampu membangkitkan tegangan sendiri walaupun sangat kecil. Kelemahan dari elemen termokopel adalah karakteristik keluaran yang tidak begitu linier, tegangan yang

dibangkitkan sangat kecil, agak kurang stabil, kurang sensitif, serta memerlukan referensi temperatur. Berdasarkan paparan di atas maka persoalan yang perlu diidentifikasi adalah : a) Pengurangan derau (noise) pada

termokopel. Hal ini berhubungan dengan tegangan yang dikeluarkan oleh termokopel sangat kecil, sementara tegangan gangguan/noise yang diinduksikan oleh lingkungan (jala-jala listrik PLN,mesin-mesin pembangkit, pemancar dsb) bisa melebihi bahkan berpuluh-puluh kali dari keluaran termokopel itu sendiri.

b) Jenis penguatan yang diperlukan untuk mendapatkan keluaran yang diinginkan karena tegangan yang dikeluarkan oleh termokopel sangat kecil.

c) Pemilihan komponen yang akan dipakai sebagai cold junction temperature reference.

d) Teknik grounding yang sesuai. e) Penggunaan teknik-teknik

pengukuran yang lain sebagai pembanding untuk menentukan referensi temperatur.

2. PERUMUSAN MASALAH

Mengingat luasnya persoalan yang ada, maka dalam penelitian ini masalah yang akan dibahas peneliti dibatasi : a) Termokopel yang dipakai jenis K. b) Tegangan keluaran alat ukur berupa

sinyal tegangan 0-5V dengan masukan temperatur dari 0 sampai 100 oC .

c) Penggunaan reference compensation circuits.


692


d) Penggunaan software reference correction berbasis PC sebagai pembanding.

e) Analisis alat ukur dengan karakteristik statis

f) Analisis alat ukur dengan karakteristik dinamis.

Maka masalah yang akan diteliti dari daftar identifikasi permasalahan adalah sebagai berikut : a) Bagaimana mengurangi atau

menghilangkan noise akibat induksi elektromagnetik atau interferensi.

b) Jenis penguatan atau jenis pengkondisi sinyal yang akan dipakai.

c) Media atau elemen apa yang akan dipakai untuk referensi tegangan / temperatur (cold junction reference).

d) Teknik grounding atau isolasi yang akan dipakai.

e) Bagaimana perbandingan keluaran bila digunakan teknik pengukuran yang lain (software compensation).

3. DASAR TEORI

Sebuah termokopel terdiri dari sepasang kawat logam yang tidak sama dihubungkan bersama-sama pada satu ujung ( ujung elemen atau ujung panas) dan berakhir pada ujung lain (titik referensi atau ujung dingin) yang dipertahankan pada suatu temperatur konstan yang diketahui. Bila antara ujung elemen dan titik referensi terdapat perbedaan temperatur, suatu ggl yang menyebabkan arus di dalam rangkaian akan dihasilkan. Bila titik referensi ditutup oleh sebuah alat ukur atau instrumen pencatat seperti dalam gambar 1, penunjukkan alat ukur tersebut akan sebanding dengan selisih temperatur antara ujung panas dan titik referensi.

Efek termolistrik yang diakibatkan, oleh potensial-potensial kontak pada titik-titik sambung ini dikenal sebagai efek Seeback, menurut ahli fisika Jerman, Thomas Seeback.

Gambar 1. Rangkaian dasar termokopel Besarnya ggl termal bergantung pada bahan kawat yang digunakan dan pada selisih temperatur antara titik-titik sambung. Gambar 2 memperlihatkan ggl termal untuk beberapa bahan termokopel yang ada di pasaran. Nilai-nilai tegangan pada gambar 2 didasarkan pada temperatur referensi sebesar 32 oF.

Gambar 2. Tegangan termokopel sebagai fungsi temperatur untuk berbagai bahan termokopel. Untuk menjamin umur yang panjang dalam lingkungan operasinya, termokopel dilindungi di dalam sebuah


693


logam pelindung atau lobang yang ujungnya terbuka atau tertutup. Guna mencegah pengotoran termokopel bila yang digunakan adalah logam-logam mulia (platina dan paduannya), tabung proteksi dilembam secara kimia dan dihampakan dengan ketat. Karena termokopel biasanya berada pada lokasi yang jauh dari instrumen pencatat, sambungan-sambungan dibuat dengan menggunakan kawat - kawat perpanjangan (extention wires) khusus yang disebut kawat-kawat kompensasi. Ketelitian pengukuran maksimal dijamin bila kawat kompensasi adalah bahan yang sama dengan termokopel. Pengukuran temperatur yang paling sederhana dengan menggunakan sebuah termokopel adalah menghubungkan langsung sebuah milivoltmeter sensitif ke ujung dingin (temperatur referensi) yang dijaga konstan [1]. Cara ini sederhana namun mempunyai kekurangan, pertama perlunya temperatur referensi yang harus dijaga secara konstan, yang berarti butuh media maupun teknik pengendalian temperatur referensi agar konstan. Kedua berarti defleksi alat pencatat hampir berbanding langsung dengan beda temperatur antara ujung panas dan titik referensi, padahal termokopel hanya dapat menyalurkan daya yang sangat terbatas untuk menggerakkan alat pencatat. Metoda lain yang digunakan adalah pemakaian potensiometer dalam pengukuran temperatur menggunakan termokopel [1,2]. Secara prinsip rangkaian ini memanfaatkan pergeseran potensiometer akibat variasi temperatur pada ujung panas termokopel. Kerugian dari sistem ini adalah memerlukan motor

reversibel untuk menggerakkan potensiometer dan memerlukan sistem pengendalian otomatis (feed back control system) yang tidak sederhana. Secara praktis penggunaan sistem kendali otomatik dengan sistem elektromekanik menjadi tidak efisien lagi untuk diterapkan pada pengukuran temperatur yang menggunakan elemen termokopel. Pengukuran secara praktis yang banyak dijumpai di dunia industri adalah penggunaan temperatur referensi secara elektronik, dimana untuk cold junction dikompensasi oleh elemen temperatur seperti termistor, maupun elemen IC. Bahkan untuk cold junction temperature reference, elemen, dan penguat sudah dikemas dalam satu rangkaian terintegrasi seperti AD 594, AD595, dll [3,4,5]. Pada penelitian ini dilakukan pengukuran temperatur dengan cold junction yang diindera oleh elemen IC yang banyak tersedia di pasaran , kemudian sinyal diproses dengan pengkodisi sinyal . Gambar 3 memperlihatkan skema/diagram proses pengukuran temperatur dengan kompensasi elektronik (hardware).

Gambar 3. Konsep dasar pengukuran dengan kompensasi hardware


694


Sebagai pembanding akan diuji dengan menggunakan kompensasi secara software, menggunakan personal computer sebagai pengolah data. Penggunaan komputer selain sebagai pembanding juga bisa digunakan untuk mengoreksi hasil pembacaan temperatur yang benar, karena biasanya termokopel dilengkapi dengan tabel temperatur vs tegangan, maupun dalam bentuk fungsi / persamaan matematik (pangkat polinomial orde n). 4. METODOLOGI

Mengingat bahwa temperatur merupakan suatu besaran yang paling banyak diukur di industri, maka dibuat suatu rangkaian transduser termokopel yang representatif dan sederhana tanpa mengurangi ketelitiannya.

Konsep dasar rangkaian yang digunakan dalam penelitian ini dapat dilihat pada gambar 4.

R3

R3

R4

R4

R2

R2

R1

R1

T ref

LM335

Vs

V outU2

U1-+

+-

A

BT

Gambar 4. Rancangan rangkaian termokopel

Seperti ditunjukkan pada gambar

4, untuk mengukur temperatur referensi (cold junction) digunakan sensor LM 335 yang mempunyai karakteristik yang linier dengan sensitivitas 10 mV/oC. Sensor temperatur yang berbentuk seperti IC (berbentuk seperti kemasan transistor) ini mudah didapatkan di pasaran. Sensor LM 335 ini mempunyai

range temperatur berkisar antara -4OoC sampai 100oC, sehingga cukup digunakan untuk mengukur temperatur referensi yang biasanya berada pada range temperatur udara normal untuk suatu peralatan elektronik.

IC LM 335 ini selain mempunyai kelebihan juga mempunyai kelemahan yaitu mempunyai respons atau konstanta waktu yang relatif agak lama dibandingkan dengan sensor / elemen termistor. Karena IC LM 335 sebenarnya adalah suatu dioda zener yang peka temperatur maka dapat dipastikan bahwa setiap sensor LM 335 ini hampir selalu identik (linier dengan sensitivitas 10 mV/oC).

Dengan mengingat bahwa kondisi dari temperatur referensi (cold junction) adalah temperatur normal ruangan peralatan yang memiliki gradien temperatur yang relatif kecil dan perubahan / fluktuasi temperaturnya juga relatif kecil, maka kelemahan pada IC LM 335 menjadi dapat diabaikan. Apalagi jika dilengkapi dengan fan atau kipas pendingin, ataupun ruangan yang ada dilengkapi dengan sistem pengkondisian udara yang dikendalikan temperaturnya, maka kelemahan dari IC LM 335 ini semakin dapat diatasi.

Dari gambar 4 terlihat bahwa penguat sinyal yang digunakan adalah penguat differensial (penguat selisih). Pilihan ini sangat cocok dengan mengingat bahwa tegangan output dari suatu termokopel sangat kecil sekali dimana untuk termokopel jenis K mempunyai sensitivitas 40 V/oC, maka hampir dapat dipastikan bahwa derau atau induksi elektromagnet yang muncul pada rangkaian bisa lebih besar dari sinyal ukurnya.


695


Rangkaian penguat selisih mempunyai CMRR (Common Mode Rejection Ratio) yang tinggi, sehingga penolakan derau juga akan semakin efektif. Dengan rangkaian seperti itu sudah dipandang cukup untuk dipakai pada rangkaian alat ukur dengan termokopel. Jika masih ada derau yang muncul maka bisa digunakan filter aktif.

IC penguat yang digunakan juga dapat menyebabkan persoalan apabila tidak dipilih secara tepat. Untuk kondisi seperti rangkaian pada gambar 4, maka dipilih IC dari jenis FET yang banyak di pasaran seperti TL 081, CA 3140, LF 351 dan lain sebagainya. IC biasa seperti IC 741 bisa dipakai namun ketelitian menjadi kurang dan cenderung menghasilkan derau.

Rangkaian seperti pada gambar 4 dikenal dengan pengukuran temperatur dengan kompensasi secara hardware. Teknik lain yang juga dilakukan pada penelitian ini dengan menggunakan komputer, prosedurnya adalah sebagai berikut: 1. Mengukur temperatur referensi dan

mengkonversikan temperatur referensi kedalam tegangan sambungan referensi yang ekuivalen, Vref.

2. Mengukur tegangan keluaran termokopel, Vtc dan mengurangkan Vref untuk menentukan tegangan differensial Vdiff, dan mengkonversikan Vdiff kedalam temperature Tukur.

Prosedur seperti ini dikenal sebagai

kompensasi software, karena menggunakan software komputer untuk mengkompensasi efek dari sambungan referensi.

Pada penelitian ini dirancang agar

alat ukur bisa mengukur temperatur dari 0o C sampai 100oC dengan tegangan keluaran dari 0 V sampai 5 Volt. Untuk menghitung nilai-nilai komponen seperti pada gambar 4 agar sesuai dengan perancangan maka data yang perlu diketahui adalah : * Sensitivitas LM 335 sebesar 10

mV/oC. * Sensitivitas termokopel sebesar 40

V/oC. * Tegangan termokopel pada 100oC

sebesar 4,059 mV (referensi 0oC). Dengan demikian maka :

Penguatan total yang diperlukan : Gain total = (5 V/4,095 mV

= 1221 X Untuk mengompensasi digunakan LM 335, sehingga korektor ini menghasilkan penguatan :

= (10 mV/oC)/.( 40 V/oC) = 250 X

Nilai penguatan sebesar 250 kali ini diperoleh dengan membuat Op-Amp U1 yang dikonfigurasikan dengan R2 = 500 k (dibuat dengan memasang resistor tetap 330 k dan potensiometer 200 k ) dan R1 = 2 k.

Sisa penguatan yang harus ditambahkan adalah :

= (1221/250) = 4,88 X Nilai penguatan ini dibentuk oleh

Op-Amp U2 yang dirangkai dengan resistor R3 = 10 k dan R4 = 48.8 k (dibuat dengan menggunakan potensiometer 50 k) .

Sehingga tegangan keluran termokopel ditunjukkan pada persamaan 1. Vout = 4.48 (250 VTC -VL 335 (1)


696


Agar tegangan analog keluaran termokopel dapat dibaca oleh komputer (terutama untuk kompensasi software), maka dipasang card I/O (ADC/DAC). Pada penelitian ini digunakan card I/O 8 bit Merk Norway Straven buatan Amerika serikat. ADC ini mempunyai range masukan analog 0 sampai 5 V. Software dibuat dengan menggunakan bahasa Pascal.

Untuk mendukung pengambilan data agar bisa dilakukan dengan optimal maka sinyal keluaran dari termokopel harus diperkuat lagi dan disesuaikan sehingga berada pada range yang sama dengan input analog dari ADC untuk mendapatkan hasil yang optimal. Itu saja masih mempunyai keterbatasan dalam hal resolusi pengukuran yang dilakukan oleh ADC. Karena ADC yang digunakan adalah ADC 8 bit, maka resolusi dari ADC adalah (1/255) x 5 Volt atau sama dengan sekitar 20 mV. Untuk itu perlu penguat agar sinyal keluaran yang sangat kecil dari termokopel dapat dibaca oleh ADC. Untuk itu pada pengujian digunakan rangkaian penguat differensial dengan penguatannya bisa diatur agar sesuai dengan masukan ADC. 5. HASIL DAN PEMBAHASAN

a) Rangkaian LM 335

Pertama dilakukan pengujian rangkaian pengukur temperatur cold junction yang menggunakan LM 335 sebagai sensornya. Setelah melalui rangkaian proses kalibrasi, maka hasil pengujian diperlihatkan pada gambar 5.

Tampak dari gambar tersebut bahwa hubungan masukan dan keluaran sangat

linier. Bila dinyatakan dalam pendekatan linier dengan menggunakan persamaan least square maka diperoleh hasil sebagai berikut : Vout LM 335 = 0,0104 T 0,0158 , Dengan R2 = 0.999 Dengan korelasi kelinieran R2= 0,999 dapat dikatakan bahwa respon tegangan keluaran terhadap temperatur sangat linier.

Gambar 5. Grafik karakteristik statis LM 335 b) Penguat tegangan 250 kali

Hasil pengujian rangkaian penguat tegangan 250 kali diperlihatkan pada Tabel 1. Grafik hasil pengujian diperlihatkan pada gambar 6. Tabel 1. Hasil pengujian penguat 250 kali

V input V output V output (teoritis)

(mV) (V) (V) 10 2.489 2.5 15 3.766 3.75 20 4.997 5 25 6.233 6.25 30 7.492 7.5 35 8.722 8.75 40 9.96 10


697


Gambar 6. Karakteristik statis penguat 250 x Demikian pula, pada rangkaian ini korelasi kelinieran R2=1, jelas bahwa hubungan tegangan keluaran dengan masukan sangat linier. c) Penguat tegangan 4.88 kali

Hasil pengujian rangkaian penguat tegangan 4.88 kali diperlihatkan pada Tabel 2. Grafik hasil pengujian diperlihatkan pada gambar 7. Tabel 3. Hasil pengujian penguat 4.88 kali

V input V output V output (teoritis)

(mV) (V) (V) 10 0.048 0.0488 15 0.072 0.0732 20 0.096 0.0976 25 0.12 0.122 30 0.145 0.1464 35 0.167 0.1708 40 0.191 0.1952 45 0.216 0.2196 50 0.241 0.244 55 0.265 0.2684

Gambar 7 Karakteristik statis penguat 4.88 x d) Rangkaian transduser termokopel dengan kompensasi hardware

Hasil pengujian rangkaian transduser termokopel dengan kompensasi hardware ditunjukkan pada tabel 3. Tabel 3. Hasil pengujian rangkaian transduser termokopel secara hardware

No T (oC) Vout

uji (V) Vout

teori (V) Selisih

(%) 1 31 1.508 1.518 0.68 2 32.2 1.568 1.578 0.64 3 32.9 1.599 1.613 0.86 4 34.1 1.662 1.673 0.64 5 34.8 1.682 1.707 1.49 6 35.4 1.73 1.737 0.42 7 36.2 1.78 1.777 -0.16 8 37.4 1.83 1.837 0.38 9 39 1.915 1.917 0.08 10 40.7 1.994 2.001 0.37 11 41.7 2.05 2.052 0.08 12 43.2 2.11 2.127 0.79 13 44.1 2.15 2.172 1.01 14 45.3 2.205 2.232 1.21 15 46 2.262 2.267 0.23 16 47.1 2.326 2.322 -0.16 17 48.1 2.37 2.372 0.10 18 49.1 2.41 2.423 0.52 19 50.4 2.47 2.487 0.69 20 62.5 2.985 3.018 1.09 21 70.6 3.442 3.466 0.68


698


22 77.7 3.84 3.859 0.48 23 82.4 4.095 4.106 0.27 24 88.3 4.377 4.405 0.64 25 92.4 4.602 4.613 0.23 26 93.8 4.67 4.683 0.28 Hasil grafik karakteristik statis alat ukur temperatur menggunakan termokopel diperlihatkan pada gambar 8.

Gambar 8 Grafik karakteristik alat ukur temperatur menggunakan termokopel dengan kompensasi secara hardware

Berdasarkan hasil yang ditampilkan pada tabel 4 tampak bahwa selisih antara tegangan keluaran uji dengan teoritis berkisar di bawah 2 %, namun harga rata-rata selisih tersebut masih bagus yaitu sebesar 0.52 %. Adanya beberapa nilai yang relatif jauh dari nilai rata-rata dapat disebabkan saat pengambilan data ada yang tidak sinkron. Pada proses pengujian ini pengambilan data dilakukan secara manual sehingga bisa menimbulkan kesalahan, terutama saat sinkronisasi pengambilan data.

Dari grafik yang ditunjukkan pada gambar 8 tampak bahwa kurva dari hasil pengujian dan kurva hasil teoritis tampak berimpit, dengan korelasi

kelinieran sama dengan 1. Secara umum hasil ini sudah sangat baik.

e) Rangkaian transduser termokopel dengan kompensasi software

Hasil pengujian rangkaian alat ukur temperatur menggunakan termokopel dengan kompensasi software ditunjukkan pada tabel 4. Untuk grafik hasil pengujian transduser dengan kompensasi secara software dapat dilihat pada gambar 9. Tabel 5. Hasil pengujian transduser termokopel dengan kompensasi secara software

No V out (mV) Vout-teori

(mV) Selisih (mV)

1 1523 1516 7 2 1953 1964 -11 3 2461 2466 -5 4 2969 2971 -2 5 3984 3983 1 6 4492 4489 3 7 4707 4742 -35 8 5019 5045 -25

Gambar 9 Karakteristik transduser termokopel dengan kompensasi secara software


699


Pada saat pengujian alat ukur temperature menggunakan termokopel dengan cara software., pada mulanya data yang diperoleh tidak bisa stabil, data yang ada tidak bisa konstan. Nilai data bergerak di sekitar 1 sampai 6 kali nilai terkecil dari resolusi ADC yang digunakan, walaupun pengambilan datanya sudah dilakukan secepat mungkin, dengan cara mengatur waktu sampling yang pendek. ADC 8 bit yang digunakan pada pengujian ini mempunyai resolusi sebesar 19.53 mV, jadi data yang harusnya terbaca konstan akan mengalami perubahan naik atau turun sebesar 19,53 mV sampai 117 mV.

Adanya hasil yang tidak pernah bisa konstan, dimana seharusnya harus konstan adalah dikarenakan adanya derau (noise) pada sistem komputer. Pada pengujian alat ukur temperature menggunakan termokopel dengan kompensasi secara hardware, pada saat pengukuran dengan multimeter digital, data yang dihasilkannya tetap konstan. Dengan demikian ada pengaruh derau pada sistem komputer yang ada.

Untuk menghilangkan atau meminimalkan derau maka dibuatlah suatu filter digital secara software. Dengan menganggap bahwa derau yang terjadi adalah derau putih (white noise), maka penyelesaian persoalan menjadi lebih sederhana. Filter digital dibuat dengan cara pengambilan data sebanyak mungkin pada suatu selang pengukuran, kemudian data tersebut dijumlahkan dan dirata-rata sesuai dengan jumlah pengambilan data. Proses tersebut diulang-ulang sesuai dengan saat pencuplikan data untuk dibaca. Pemilihan waktu pencuplikan menjadi sangat penting karena harus memperhitungkan waktu konversi dari

ADC itu sendiri maupun waktu eksekusi program. Pada penelitian ini ADC yang digunakan mempunyai waktu konversi 100 mikrodetik.

Dengan membuat filter digital tersebut, maka data yang diperoleh menjadi lebih stabil, walaupun seperti terlihat pada tabel 5 bahwa masih ada perbedaan dengan nilai teorinya, namun hal itu merupakan hal yang wajar. f) Pengujian karakteristik dinamik

Pengujian karakteristik dinamik dari elemen atau sensor temperatur yang digunakan pada elemen termokopel maupun termometer yang dianggap standar guna mencatat data diperlihatkan pada gambar 10, 11 dan 12.

Gambar 10. Karakteristik dinamik LM 335

Gambar 11. Karakteristik dinamik elemen Termokopel


700


Gambar 12 Karakteristik dinamik elemen termokopel standar

Pengujian tersebut dilakukan

dengan memberikan input step (tangga masukan) berupa temperatur yang dikendalikan secara konstan. Hasil yang diperoleh adalah :

Konstanta waktu LM 335 = 22 detik, termokopel uji = 8 detik, dan untuk termokopel standar = 5 detik

Untuk kondisi ideal seharusnya konstanta waktu dari elemen pengindera temperatur referensi harus lebih kecil dari konstanta waktu uji, namun dengan pertimbangan bahwa perubahan temperatur referensi atau temperatur lingkungan sangat lambat perubahannya, maka pengaruh ini bisa diabaikan. 6. DISKUSI DAN KESIMPULAN Dari hasil pembahasan dapat disimpulkan bahwa : 1) LM 335 mempunyai karakteristik

statis yang sangat baik dengan korelasi kelinieran sama dengan 1,walaupun dengan konstanta waktu yang relatif lebih besar dari pada elemen termokopel uji, sehingga cocok untuk digunakan sebagai

pengindera temperatur referensi (cold junction) pada rangkaian termokopel.

2) Rangkaian penguat selisih sudah cukup mampu digunakan untuk menguatkan sinyal yang sangat kecil dari tegangan keluaran termokopel, tanpa menambahkan penapis aktif lagi.

3) Pada penelitian ini komponen IC penguat TL 081 dan CA 3140 yang banyak beredar di pasaran , bisa digunakan sebagai komponen untuk membuat alat ukur temperatur menggunakan termokopel, dimana semua penguatan yang dihasilkan selalu linier dengan korelasi kelinieran sama dengan 1.

4) Berdasarkan hasil yang diperoleh dari penelitian ini, metoda kompensasi secara hardware dan software sama-sama menghasilkan tegangan yang linier terhadap inputnya, dimana kelinieran ini mempunyai korelasi kelinieran sama dengan 1.

5) Kelebihan kompensasi secara software adalah bahwa semua manipulasi perhitungan, penapisan sinyal derau (noise), maupun kalibrasi dapat dilakukan dengan mudah melalui program komputer yang dibuat.

6) Ketelitian dari pengukuran temperatur dengan kompensasi software terutama bergantung pada resolusi dari ADC yang digunakan. Pada penelitian ini perubahan terkecil yang dapat direspon oleh ADC adalah sebesar 19.53 mV. Sehingga bila sinyal ukurnya sangat kecil maka diperlukan penguat agar diperoleh hasil yang optimal.


701


7. DAFTAR PUSTAKA 1. Cooper,W.D., Electronic

Instrumentation and Measurement Techniques, 2nd edition, Prentice Hall Inc., Englewood Cliffs,New Jersey, 1984.

2. Doebelin, E.O., Measurement System Application And Design, Mac. Graw Hill Book , London, England, 1988.

3. Jacob, J.M., Industrial Control Electronics Application and Design, Prentice-Hall Inc, Englewood Cliffs, New Jersey, 1989.

4. Tomkins,W.J., John G. Webster, Interfacing Sensor To The IBM PC, Prentice -Hall Inc., Englewood Cliffs, New Jersey, 1988.

5. William,W.R., Sensor and Circuits, Mac.Graw Hill Books, London, England, 1992.

COVER-2012-01RANCANG BANGUN ALAT UKUR TEMPERATUR MENGGUNAKAN TERMOKOPELWahyu Budi Mursanto

Pengantar&TarSi-2012maretRANCANG BANGUN ALAT UKUR TEMPERATUR 690-701MENGGUNAKAN TERMOKOPELWahyu Budi Mursanto

Isi_maret2012-05RANCANG BANGUN ALAT UKUR TEMPERATUR MENGGUNAKAN TERMOKOPELWahyu Budi MursantoAbstraka) Rangkaian LM 335Pertama dilakukan pengujian rangkaian pengukur temperatur cold junction yang menggunakan LM 335 sebagai sensornya. Setelah melalui rangkaian proses kalibrasi, maka hasil pengujian diperlihatkan pada gambar 5.Tampak dari gambar tersebut bahwa hubungan masukan dan keluaran sangat linier. Bila dinyatakan dalam pendekatan linier dengan menggunakan persamaan least square maka diperoleh hasil sebagai berikut :Hasil pengujian rangkaian penguat tegangan 250 kali diperlihatkan pada Tabel 1. Grafik hasil pengujian diperlihatkan pada gambar 6.Gambar 6. Karakteristik statis penguat 250 xHasil pengujian rangkaian penguat tegangan 4.88 kali diperlihatkan pada Tabel 2. Grafik hasil pengujian diperlihatkan pada gambar 7.Hasil pengujian rangkaian transduser termokopel dengan kompensasi hardware ditunjukkan pada tabel 3.Hasil pengujian rangkaian alat ukur temperatur menggunakan termokopel dengan kompensasi software ditunjukkan pada tabel 4. Untuk grafik hasil pengujian transduser dengan kompensasi secara software dapat dilihat pada gambar 9.Konstanta waktu LM 335 = 22 detik, termokopel uji = 8 detik, dan untuk termokopel standar = 5 detikCooper,W.D., Electronic Instrumentation and Measurement Techniques, 2nd edition, Prentice Hall Inc., Englewood Cliffs,New Jersey, 1984.Doebelin, E.O., Measurement System Application And Design, Mac. Graw Hill Book , London, England, 1988.Jacob, J.M., Industrial Control Electronics Application and Design, Prentice-Hall Inc, Englewood Cliffs, New Jersey, 1989.Tomkins,W.J., John G. Webster, Interfacing Sensor To The IBM PC, Prentice -Hall Inc., Englewood Cliffs, New Jersey, 1988.William,W.R., Sensor and Circuits, Mac.Graw Hill Books, London, England, 1992.

Documents

Jurnal Race Vol 6 No 1 Wahyu Budi Mursanto