Tidak Pengujian Rangkaian Termometer Digital BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Karakterisasi

Transkripsi

1 15 Program ini yang nantinya akan mengolah tegangan analog dari sensor menjadi sebuah kode-kode digital. Hasil pengolahan data dari ADC tersebut ditampilkan pada layar LCD untuk pengukuran suhu dalam bentuk besaran dan satuannya. Algoritma dari pembuatan program ini dapat dilihat pada Gambar 3.6. Tidak Mulai Ambil Data ADC Kalibrasi Pembuatan Program Tampilkan ke LCD Selesai ya Gambar Diagram alir pembuatan program Pengujian Rangkaian Termometer Digital Pengujian Film BST dilakukan agar termometer badan digital tersebut berjalan sesuai yang diharapkan untuk mengukur suhu. Pengujian ini dari data yang telah didapat berupa tegangan vs suhu dibuat grafik lalu didapat persamaan garis linearnya, persamaan garis tersebut dimasukan ke dalam program lalu diuji langsung pada tubuh manusia dan dibandingkan dengan termometer summit SDT8A. BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Hasil Pembuatan Film BST Film BST yang dibuat dengan menggunakan metode chemical solution deposition (CSD) dengan variasi yang dilakukan pada film BST tersebut dengan variasi waktu annealing pada suhu 85 o C selama 8 jam, 15 jam, 22 jam, dan 29 jam dihasilkan persambungan antara tipe-n pada BST dan tipe-p pada substrat silikon menjadi persambungan p-n atau yang lebih dikenal dengan sebutan p-n junction. Film BST ini memiliki karakteristik yang sama seperti dioda. Sambungan p-n ini memiliki beberapa perilaku, ketika tidak ada bias, bias mundur dan bias maju, jadi arus dapat mudah mengalir pada suatu arah melalui sambungan ini dari p ke n ketika bias maju tetapi hampir tidak bisa mengalir pada arah berlawanan ketika bias mundur, sehingga sambungan seperti ini merupakan penyearah yang ideal dalam rangkaian listrik, hal ini dapat dilihat pada karateristik I-V yang didapat, grafik I-V menunjukan bagaimana arus (I) berubah terhadap tegangan (V) untuk penyearah sambungan p-n Hasil Karakterisasi Karakteristik I-V Pada pengujian I-V menggunakan alat I-V meter dengan 2 perlakuan, yaitu dengan kondisi terang dan kondisi gelap. Film BST tersebut disimpan di dalam sebuah kotak agar cahaya dari luar tidak mengganggu pengujian I-V tersebut. Hasil dari 2 perlakuan tersebut terlihat bahwa pada Gambar 4.1, Gambar 4.2, Gambar 4.3, dan Gambar 4.4 yang dihasilkan membentuk kurva dioda dan dari kondisi terang dan gelap dihasilkan adanya perbedaan jarak antara kurva kondisi terang (biru) dengan kurva kondisi gelap (merah), hal dapat diperllihatkan bahwa film BST ini sensitif terhadap cahaya. 1,E-3 5,E ,E-4 Gambar Karakteristik I-V BST variasi 8 jam 5,E ,E-4 Gambar Karakteristik I-V BST variasi 15 jam

2 16 2,5E-4 2,E-4 1,5E-4 1,E-4 5,E ,E ,E-4-1,5E-4 Gambar Karakteristik I-V BST variasi 22 jam 1,5E-4 1,E-4 5,E ,E ,E-4-1,5E-4-2,E-4 Gambar Karakteristik I-V BST variasi 29 jam Gambar Rangkaian jembatan wheatstone Dari perubahan tegangan knee ini film BST memiliki sifat fotodioda. Kondisi terang dan gelap mempengaruhi tegangan knee dari masing-masing sampel. 14 Arus yang dihasilkan oleh film BST dari grafik terlihat pada kondisi terang lebih besar dibandingkan dengan pada kondisi gelap yang dapat dilihat pada garis kurva berwarna biru untuk keadaan terang dan warna merah untuk keadaan gelap. Hal ini memperlihatkan bahwa film BST ini sangat baik dalam kepekaan terhadap cahaya. Cahaya yang datang menghasilkan elektron dan hole. Maka besar intensitas cahaya yang diberikan pada film BST mempengaruhi besar arus yang dihasilkannya Karakteristik Konduktivitas Listrik Pengujian ini dilakukan menggunakan rangkaian jembatan wheatstone yang dirangkai dengan film BST seperti pada Gambar 4.5. Rangkaian ini digunakan untuk mengukur hambatan listrik yang tidak terukur dengan cara menyeimbangkan hambatan pada rangkaian, dan salah satu hambatan tersebut digunakan film BST. Film tersebut dimasukan ke dalam furnace dan diberikan suhu dari 3 o C 1 o C. Data hasil dari pengujian ini didapat konduktivitas listrik dan karakteristik piroelektrik dari film BST dan hasil pengolahan datanya dapat dilihat pada Gambar Dari hasil tegangan yang didapat dari kenaikan suhu furnace maka dapat ditentukan hambatan sensor yang nantinya dapat menentukan arus pada film BST tersebut dengan menggunakan hukum ohm. Dari hasil tersebut diketahui nilai konduktivitas listrik dari setiap film yang dapat dilihat pada Gambar Dari gambar terlihat peningkatan nilai konduktivitas listriknya, hal ini dikarenakan terksitasinya elektron pada pita valensi ke pita konduksi. Elektron pada pita konduksi dapat bergerak bebas dibawah pengaruh medan listrik sehingga semakin banyak elektron terkesitasi ke pita konduksi ketika diberikan kenaikan suhu, sehingga arus sensor tersebut akan meningkat dan hambatan sensor tersebut menurun. 14 Nilai konduktivitas listrik film BST didapat dari data bahwa film BST ini adalah semikonduktor karena nilai konduktivitas listriknya berada pada rentang semikonduktor yaitu ( ) S.cm ,64E-2 8,62E-2 8,6E-2 8,58E-2 8,56E-2 8,54E-2 8,52E-2 8,5E Gambar Konduktivitas film BST 8 jam

3 17 1,25E-3 1,2E-3 1,15E-3 1,1E-3 1,5E-3 1,E-3 2 Gambar Konduktivitas film BST 15 jam 2,65E-3 2,645E-3 2,64E-3 2,635E-3 2,63E-3 2,625E Gambar Konduktivitas film BST 22 jam 3,E-3 2,5E-3 2,E-3 1,5E-3 1,E-3 5,E Gambar Konduktivitas film BST 29 jam Dari data yang diperoleh diketahui bahwa semakin naik suhu yang diberikan maka hambatan film BST akan semakin menurun. Hal ini sama seperti prinsip sensor suhu termistor tipe NTC. Maka film BST ini termasuk termistor Karakteristik Piroelektrik,18,16,14,12,1,8,6,4,2 y = 9E-6x R² = Gambar Piroelektrik film BST 8 jam,16,14 y = 1E-6x,12 R² =.9679,1,8,6,4,2 1 2 Gambar Piroelektrik film BST 15 jam,14,12 y = 1E-5x,1R² =.9132,8,6,4,2 1 2 Gambar Piroelektrik filmbst 22 jam

4 18,6,5,4,3,2,1 Gambar Piroelektrik film BST 29 jam Pada Gambar memperlihatkan sifat piroelektrik seiring kenaikan suhu yang diberikan pada film BST. Menaiknya suhu yang diberikan maka menaik pula arus pada film tersebut karena film BST jika diberikan suhu diatas suhu kamar hambatan film tersebut akan berkurang. Arus meningkat karena banyak elektron naik ke pita konduksi meninggalkan hole pada pita valensi yang menjadi carrier pada semikonduktor. 16 Berdasarkan data yang diperoleh dari film BST dengan variasi waktu annealing 29 jam memiliki koefisien piroelektrik yang terbesar yaitu 2x1-4 C/m 2 K dibandingkan dengan variasi waktu anneling film BST yang lain. Dibandingkan dengan penelitian sebelumnya koefisien piroelektrik film BST dengan variasi annealing 29 jam lebih besar daripada film tipis LiTaO 3, film tipis PVDF, film tipis BST, film tipis BFST 5 % dan film tipis BFST 15% yang dapat dilihat pada Tabel 4.1. Tabel 4.1.2Figures of Merit untuk pengoperasian beberapa sensor Film tipis TGS Material P (C/m 2 K) 18, 25, 26 3,E-4 18, 25, 26 1,9E-4 Film tipis LiTaO 3 thin film Film tipis Sr.5 Ba.5 Nb 2 O 6 ceramic 18, 25, 26 6,E-4 Film tipis PLZT (6/8/2) ceramic 18, 25, 26 7,6E-4 18, 25, 26 Film tipis PVDF 3,E-5 Film tipis PZT 18 Film tipis PTZT (1/52,5/47,5) 18 Film tipis BST 17 Film tipis BFST 5% 17 y =.2x R² = ,23E-3 1,17E-3 3,2E-6 5,5E-6 Film tipis BFST 15% thin film 17 1,6E-5 Film BST variasi annealing 8 Jam* 9,E-6 Film BST variasi annealing 15 Jam* 1,E-6 Film BST variasi annealing 22 Jam* 1,E-5 Film BST variasi annealing 29 Jam* 2,E-4 Tanda* menandakan hasil penelitian kami 4.3. Hasil Pengkondisian Sinyal Penentuan kalibrasi sensor suhu dilakukan di dalam furnace, film tersebut diberikan suhu di dalam furnace dirangkai dengan jembatan wheatstone. Furnace diatur dengan kenaikan suhu 1 o C / menit dengan suhu awal 3 o C hingga 5 o C pada film variasi 8 jam, 29 jam, 15 jam dan 22 jam. Tegangan yang berasal dari jembatan wheatstone masuk melalui rangkaian buffer lalu dikuatkan sebanyak 1 kali dari semula menggunakan penguat tegangan (op-amp). Perubahan suhu dapat mempengaruhi besarnya tegangan yang dihasilkan oleh fim BST hal ini dapat dilihat pada data grafik sensitivitas film BST dari Gambar ,8,78,76,74,72,7,68 y =,59x +,499 R² =,9589, ,2E-1 1,15E-1 1,1E-1 1,5E-1 Gambar Sensitivitas film BST 8 jam 1,E-1 9,5E-2 y =,3x +,871 R² =,9677 9,E Gambar Sensitivitas film BST 15 jam

5 19 Teganagn (Volt) 2,95 2,85 2,75 2,9 2,8 2, y=,25x + 2,769 R² =, Gambar Sensitivitas film BST 22 jam y =,533x + 1,5289 R² =, Gambar Sensitivitas film BST 29 jam Dari Gambar diketahui sensitivitas, resolusi dan tingkat akurasi dari setiap sensor. Sensitivitas didefinisikan sebagai kemiringan kurva karakteristik keluaran ( y/ x) sedangkan resolusi pada sensor merupakan perubahan nilai terkecil sebagai masukan yang dapat dibaca atau diproses oleh sensor. 17 Melalui linearitas grafik yang dihasilkan dapat ditentukan nilai sensitivitas masing-masing film BST, pada film dengan variasi 8 jam memiliki sensitivitas sebesar ± 5,9 mv/ o C yang dilihat dari gradien pada Gambar 4.14 dengan resolusi sekitar 5 mv dan tingkat akurasi sebesar 96 % terlihat pada regresi kuadratnya, variasi 15 jam memiliki sensitivitas sebesar,3 mv/ o C yang dilihat dari gradien pada Gambar 4.15 dengan resolusi 1 mv dan tingkat akurasi 96,7 %, variasi 22 jam memiliki sensitivitas sebesar 2,5 mv/ o C yang dilihat dari gradien pada Gambar 4.16 dengan resolusi sebesar 1 mv dengan tingkat akurasi 82,7 %, dan variasi 29 jam memiliki sensitivitas sebesar 53,3 mv/ o C yang dilihat dari gradien pada gambar 4.17 dengan resolusi sebesar,6 V/ o C dan tingkat akurasi 97,16 %. Hal ini menunjukan bahwa film BST dengan variasi 29 jam memiliki tingkat sensitivitas yang baik dengan resolusi yang besar, rentang histerisis yang kecil, dan tingkat akurasi yang tinggi maka film ini lebih baik dibandingkan dengan sensor yang lainnya. Dilihat dari seluruh pengujian yang dilakukan terhadap film BST, dari pengujian karakteristik I-V, nilai konduktivitas, sifat piroelektrik, sensitivitas, resolusi dan tingkat akurasi terlihat bahwa film BST dengan variasi waktu annealing 29 jam adalah film BST yang terbaik dibandingkan film yang lainnya, maka film ini yang akan dijadikan sebagai sensor suhu badan yang akan diintegrasikan oleh mikrokontroler dan hasilnya akan ditampilkan pada LCD berukuran 16 x 2. Ketika film BST dengan variasi annealing 29 jam diberikan suhu dari furnace, hambatan yang dimiliki film tersebut 33 kω hingga 56 kω. Dari konduktivitas yang didapat semakin besar suhu yang diberikan maka semakin mengecil hambatan pada film BST maka tegangan yang dihasilkan akan semakin besar. Tegangan yang berasal dari buffer lalu dikuatkan sebesar 1 kali menggunakan rangkaian diferensial dan non-inverting. Jadi setiap perubahan suhu merupakan tegangan yang berasal dari film akan dikurangkan dengan tegangan yang berasal dari hambatan variabel lalu dikuatkan sebesar 1 kali. Film BST dengan variasi 29 jam memiliki resolusi,6 V, hal ini dapat dibaca oleh mikrokontroler, karena resolusi pada mikrokontroler sebesar 48,82 mv dengan fidelitas 1 bit. Berarti setiap kenaikan 48,82 mv sinyal digital yang dihasilkan sebesar 1 bilangan desimal. Hal ini tegangan masukan ke mikrokontroler harus berupa sinyal digital, maka perlu dikonversi terlebih dahulu menggunakan analog to digital converter (ADC) Hasil Pembuatan Program Dari hasil ADC berupa kode binner seperti akan diolah dengan pemrograman. Bahasa pemrograman yang dipakai menggunakan basic compiler (BASCOM). BASCOM merupakan bahasa tingkat tinggi yang dikembangkan setelah bahasa C. Bahasa ini lebih mudah dimengerti oleh manusia. Banyak fasilitas yang telah ada dengan library atau index yang memudahkan programmer dalam mendalami bahasa ini. Kelebihan dari bahasa pemrograman ini telah