Rancang Bangun Eksperimen Pengukuran Suhu Rendah Menggunakan Fluxgate Sensor

Transkripsi

1 SEMIAR ASIOAL JURUSA FISIKA FMIPA UM 06 Rancang Bangun Ekspermen Pengukuran Suhu Rendah Menggunakan Flugate Sensor WEI YULIA ),MOH TOIFUR,*) ) Pascasarjana Jurusan Penddkan Fska Unverstas Ahmad Dahlan. Jl. Pramuka Yogakarta E-mal: wen.ula@gmal.com E-mal: mtofur@ahoo.com TEL: ; FAX: - ABSTRAK: Sensor magnetk adalah alat ukur ang bekerja berdasarkan perubahan medan magnet dsektarna. Salah satu sensor ang dgunakan adalah sensor magnetc flugate. Prnsp pengukuran medan magnet pada sensor flugate ddasarkan pada hubungan antara kuat medan magnet nduks oleh kumparan ekstas terhadap GGL nduks pada kumparan pck up. Sensor flugate dapat dgunakan sebaga sensor suhu karena perubahan medan nduks terhadap suhu. Dalam peneltan n sensor terdr dar sepasang kumparan atu kumparan ekstas dan kumparan pck up. Jumlah lltan kumparan ekstas dan kumparan pck up sebesar 00 lltan. Sensor dgunakan untuk mengukur suhu rendah dar -48 C sampa 8 C. Dar set data suhu (T) dan tegangan ( V) dbuat kurva hubungan antara tegangan ( V) dengan suhu ( T). Analss data dlakukan dengan menggunakan polnomal orde dua, dengan koefsen merupakan tngkat kepekaan sensor dan ndeks determnas merupakan tngkat hubungan antara dan. Hasl peneltan menunjukkan tngkat kepekaan dan keteltan dengan persamaan 0, 000 0, 086T,59 dan R 0,969 dengan 0,086 T. Kata Kunc: Sensor magnetk, Flugate, Jumlah lltan, Suhu rendah. PEDAHULUA Suhu merupakan besaran fska ang memlk peranan pentng bag kehdupan. Salah satu contoh peranan pentng suhu atu dalam pengawetan bahan pangan. Pada suhu rendah dbawah 0 o ar murn membeku namun terdapat zat ang tdak dapat membeku sampa pada suhu -0 o C. Bahan pangan jka dtempatkan pada suhu rendah dapat mengurang kontamnas, mengendalkan kerusakan oleh mkroba, serta mengendalkan pertumbuhan bahan mkroorgansme. Pada suhu rendah ada beberapa jens sensor ang telah dgunakan, dantarana adalah termometer, sensor LM5 dan sensor magnetk. Sensor adalah alat ukur ang bekerja berdasarkan perubahan medan magnet dsektarna. Salah satu sensor ang dgunakan adalah sensor magnetc flugate. Prnsp fungsonal dasar dar flugate atu bagan sensor ang memlk nt terbuat dar materal ang dapat tersaturas, dan memlk dua kumparan, kumparan ekstas dan kuparan pck-up. Sensor magnetk dengan prnsp flugate mempuna senstvtas ang tngg, sehngga banak dgunakan untuk mengukur kuat medan magnet lemah. Kelebhan sensor flugate adalah ukuranna kecl, kebutuhan daa kecl, dan mempuna kestablan ang tngg terhadap suhu dengan koefsen senstvtas suhu 0 ppm/ o C dan koefsen offset 0, nt. Penngkatan daa kerja sensor flugate (senstvtas dan akuras) dapat dlakukan dengan perbakan pada desan struktur sensor, rangkaan pengolahan snal dan mnatursas ukuran sensor ( mcrofabrcaton technolog). amun teknolog mkrosensor hana menghaslkan senstvtas sensor ang rendah karena luas penampang ( cross sectonal) menjad kecl. Oleh karena tu dbutuhkan sensor magnetk dengan senstvtas ang tngg tentuna dengan harga ang terjangkau. Pada peneltan n akan dbuat rancang bangun sensor suhu rendah berbass flugate sensor. Kesesuaan alat n dengan kebutuhan atu untuk menensor suhu semen sap ang tersmpan dalam ntrogen car secara terus menerus untuk memudahkan mengetahu kenakan suhu secara dn. Jka suhu semen sap tdak ISB FOEI-

2 SEMIAR ASIOAL JURUSA FISIKA FMIPA UM 06 ISB FOEI- terpantau maka suhu semen sap d dalam termos akan nak sehngga menebabkan sperma pada semen sap mat (Shanon and Curson, 984). Sebaga nformas awal bahwa ntrogen tdak bersfat magnetk dan uap ntrogen tdak akan bereaks secara kma dengan udara. trogen car dapat mempengaruh suhu udara d dalam solenoda sehngga menjad sangat rendah tanpa harus terjad reaks antara udara dengan uap ntrogen. Maka suseptbltas magnet murn dsumbang oleh udara bersuhu sangat rendah. METODE PEELITIA Untuk menentukan kurva hubungan antar tegangan dan suhu udara karena pengaruh uap trogen car, maka dgunakan pencocokan data ( fttng data) menggunakan fungs polnomal ang palng dekat dengan kumpulan data (, ). dalam peneltan ang dlakukan dgunakan pencocokan data polnomal orde dua, menurut persamaan ( Bevngton dan Robnson, 99). c b a ) ( () la koefsen a dan b mengandung varable dnamakan slope, artna menunjukkan tngkat kemrngan kurva dan juga dapat dgunakan untuk menentukan besar keclna nla suatu fungs. Sedangkan koefsen c dnamakan ntercept merupakan ttk perpotongan antara gars dengan sumbu. Secara teorts nla c sebaga konstanta seharusna bernla nol, jka tdak sama dengan nol maka sesungguhna terdapat ralat sstemats berupa zero offset bak ang bernla postf atau bernala negatve. la b postf menunjukkan nla terlalu besar dar ang seharusna sedangkan nla koefsen b negatf menunjukkan terlalu kecl dar ang seharusna. Dengan perhtungan nla a,b, dan c sebaga berkut jka dlakukan analss secara manual, namun juga dapat dlakukan dengan meggunakan ms ecel menggunakan add trendlne pada grafk ang telah dbuat. / a () / 4 b () / 4 c (4) Sedangkan Δ adalah

3 SEMIAR ASIOAL JURUSA FISIKA FMIPA UM 06 4 Grafk hasl regres dapat duj kebakan datana dengan menggunakan ch square (v ) dan dstrbus probabltas P (v ; v) ang masng-masng menggunakan persamaan (Bevngton, 00). ( c b a ) (6) s s ( est ) m v v P ( ; v) ang menatakan kebolehjadan pengamatan nla dar hasl pengamatan dengan pengamatan dan v derajat kebebasan. tereduks/ termodfkas menjad v dengan v adalah derajat kebebasn. v data m adalah banakna data dan m adalah parameter persamaan gars, pada persamaan gars polnomal orde dua m =. Berdasarkan nla ch-square tereduks (v ) terhadap dstrbus P (v ; v) menggunakan table C4 ang terdapat pada lampran 5. Kebakan data dar hasl analss ang dlakukan berdasarkan pada kajan Bevngton (00; 68) ang menatakan bahwa hasl fttng ang memuaskan secara operasonal memlk ch square tereduks ( v ) ang mendekat dan memlk probabltas P (v ; v) mendekat 0,5. HASIL DA PEMBAHASA A. Dalam peneltan n dgunakan flugate pada gambar. (5) (7) (8) (9) Gambar. Flugate Proses pengamblan data berdasarkan rancang bangun dengan proses peneltan pengukuran suhu rendah, dgunakan rangkaan alat sepert pada gambar. berkut: ISB FOEI-

4 SEMIAR ASIOAL JURUSA FISIKA FMIPA UM 06 Gambar. Skema rangkaan peneltan pengamblan data Gambar. Rangkaan alat pada saat pengamblan data pengukuran suhu rendah. Pengamblan data menggunakan rangkaan pada gambar dlakukan dengan memvdeo nla ang tertera pada alat ukur, atu penerjemah termokopel untuk mendapatkan nla pengkalbrasan untuk suhu rendah ang berasal dar penguapan ntrogen car berksar dar suhu -48 o C sampa dengan o C. Penggunaan multmaster dfungskan sebaga voltmeter ang dgunakan untuk mendapatkan data tegangan dar flugate sensor. Pembuatan lltan bertujuan untuk mencegah adana pemanasan kawat tu sendr (self heatng). Ddalam lltan kawat tersebut dberkan nt ( core) atu menggunakan bes lunak ( ferrte), satu buah lltan terdr dar lltan prmer dan lltan sekunder sepert tampak pada gambar. lltan prmer dan lltan sekunder nlah ang berfungs sebaga sensor suhu rendah atau ang dsebut dengan flugate sensor. ISB FOEI-4

5 SEMIAR ASIOAL JURUSA FISIKA FMIPA UM 06 B. Hubungan Antara Perubahan Suhu terhadap Tegangan dengan berbaga Varas Jumlah Lltan Kawat Sensor Suhu Rendah Hasl ang dperoleh karakterstk berupa pengaruh suhu terhadap perubahan tegangan pada rangkaan flugate. Haslna dapat dtamplkan sepert pada gambar 4. Gambar 4. Grafk hubungan antar suhu dengan tegangan Adapun kurva kalbras antara tegangan dengan suhu. Haslna dapat dtamplkan sepert pada gambar 5. Gambar 5. Grafk kurva hubungan antara tegangan dengan suhu C. Uj Kebakan Hasl Pencocokan Data Uj kebakan hasl pencocokan data dan grafk hasl persamaan polnomal orde, selan dtentukan oleh nla persamaan polnomal orde, juga dlakukan analss uj ch-square tereduks v dan dstrbus probabltas P ( ; ) pada keseluruhan sampel. Jumlah data sampel per masng-masng jumlah lltan kawat adalah 80 data. Sebagamana ang dpaparkan oleh Bevngton dan Robnson bahwa nla ch-square tereduks v dan dstrbus probabltas P ( ; ) ang bernla mendekat 0,5. Maka ISB FOEI-5

6 SEMIAR ASIOAL JURUSA FISIKA FMIPA UM 06 dapat dsmpulkan bahwa grafk hasl persamaan lner memlk tngkat kebakan hasl pencocokan data ang bagus. Hasl fttng data hubungan antar suhu dengan tegangan. Dengan persamaan polnomal orde = , R² = 0,969, v = dan P( ;v) = 0,4794. Banakna data ang danalss adalah sebanak 80 data atu dar -48C sampa 4C dengan pengamblan data perubahan tegangan tap kenakan derajat. Pemlhan rentang suhu n merupakan batas kemampuan dar pembacaan termokopel terhadap suhu rendah, batas n danggap cukup mewakl untuk mendapatkan karakterstk perubahan tegangan terhadap suhu. KESIMPULA Dar peneltan ang telah dlakukan telah dhaslkan sensor pengukur suhu rendah ang berbass pada konsep magnetc flugate. Flugate sensor menghaslkan sensor suhu rendah ang peka dan telt atu dengan tngkat kepekaan sebesar 0,086T dan ndeks determnasna sebesar 0,969. UCAPA TERIMA KASIH. Dr. Moh. Tofur, M.S, selaku Ketua Program Stud Magster Penddkan Fska sekalgus Dosen Pembmbng ang telah berkenan meluangkan waktu, tenaga dan lmuna guna memberkan bmbngan dengan penuh kesabaran kepada penuls dalam penusunan jurnal. Serta memberkan motvas untuk selalu membuka wawasan, mencar tahu dan terus berkara kapanpun dmanapun.. Dr. Muchlas, MT selaku dosen pembmbng pendampng ang juga telah berkenan meluangkan waktu, tenaga dan lmuna guna memberkan bmbngan dan arahan kepada penuls dalam penusunan jurnal. Laboratorum Magster Penddkan Fska Unverstas Ahmad Dahlan ang telah memberkan fasltas kepada penuls untuk melakukan peneltan dan telah membantu persapan peneltan, berbag pengetahuan dan pengalaman dalam melakukan peneltan n. DAFTAR RUJUKA Djamal, Mtra, Rahmonda Pengukuran Medan Magnet Lemah Menggunakan Sensor Magnetk Flugate dengan Satu Kol Pck-Up. Proc ITB Sans dan Tek. Vol 8 A o. Hal Djamal, Mtra, Rahmonda Desan Awal Elemen Sensor Flugate Berbass teknolog Prnted Crcut Boards. Indonesan Journal of Materals Scence. Eds Khusus Desember 009, hal 4-9. Serwe, R. A., & Jewett, J. W. 00. Fska Untuk Sans dan Teknk. Jakarta: Salemba Teknka. Sharon, dkk. 98. Prncples of Analss Chemstr. ew York: Harcourt Brace College Publsher. Tofur, Moh. 0. Optmzaton Of Col Parameters As A Canddate Of Temperature Sensor Devce Based On Magnetc Susceptblt, Paper Of The Internatonal Semnar On Magnetc Materals, 0, Batam Indonesa, 4-5 October 0 Wdasar, H 0. optmalsas jumlah lltan kawat sebaga komponen sensor suhu rendah (-6 o C). Yogakarta: Program Pasca Sarjana UAD. ISB FOEI-6