RANCANG BANGUN INSTRUMENTASI TEMPERATUR TINGGI MENGGUNAKAN PRINSIP DEFLEKSI LASER HE-NE SEBAGAI BAGIAN DARI SISTEM KENDALI OPERASI DI BIDANG INDUSTRI

dokumen-dokumen yang mirip
BerkalaFisika ISSN : Vol 13., No.2, Edisi khusus April 2010, hal B31-B38

BAB II TEORI ALIRAN PANAS 7 BAB II TEORI ALIRAN PANAS. benda. Panas akan mengalir dari benda yang bertemperatur tinggi ke benda yang

D. I, U, X E. X, I, U. D. 5,59 x J E. 6,21 x J

FISIKA IPA SMA/MA 1 D Suatu pipa diukur diameter dalamnya menggunakan jangka sorong diperlihatkan pada gambar di bawah.

Dualisme Partikel Gelombang

Antiremed Kelas 12 Fisika

Luar biasanya laser. Penerobos yang berusaha masuk harus menghindari laser

Gambar 11 Sistem kalibrasi dengan satu sensor.

PERCOBAAN PENENTUAN KONDUKTIVITAS TERMAL BERBAGAI LOGAM DENGAN METODE GANDENGAN

spektrometer yang terbatas. Alat yang sulit untuk diperoleh membuat penelitian tentang spektrum cahaya jarang dilakukan. Padahal penelitian tentang

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

SIMAK UI Fisika

: Dr. Budi Mulyanti, MSi. Pertemuan ke-15 CAKUPAN MATERI

BAB III METODE PENELITIAN

D. 30 newton E. 70 newton. D. momentum E. percepatan

Cetakan I, Agustus 2014 Diterbitkan oleh: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Pattimura

Analisis Pengaruh Panjang Kupasan dan Perubahan Suhu Terhadap Pancaran Intensitas pada Serat Optik Plastik Multimode Tipe FD

Xpedia Fisika. Optika Fisis - Soal

BAB III METODE PENELITIAN. karakterisasi tegangan keluaran detektor terhadap pergeseran cermin. Selanjutnya,

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN. Dalam Bab IV ini akan dipaparkan hasil penelitian aplikasi multimode fiber

UN SMA IPA 2008 Fisika

Transducer merupakan suatu perangkat / alat yang dapat merobah suatu besaran menjadi besaran lain, atau sebaliknya.

METODOLOGI PENELITIAN. Waktu dan Tempat Penelitian. Alat dan Bahan Penelitian. Prosedur Penelitian

RANCANG BANGUN PROTOTYPE OPTICAL THERMOMETER DENGAN INOVASI APPERTURE SETTING UNTUK PENINGKATAN RESOLUSI PENGUKURAN TEMPERATUR

UJIAN SEKOLAH 2016 PAKET A. 1. Hasil pengukuran diameter dalam sebuah botol dengan menggunakan jangka sorong ditunjukkan pada gambar berikut!

A. 100 N B. 200 N C. 250 N D. 400 N E. 500 N

FISIKA 2015 TIPE C. gambar. Ukuran setiap skala menyatakan 10 newton. horisontal dan y: arah vertikal) karena pengaruh gravitasi bumi (g = 10 m/s 2 )

Copyright all right reserved

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

DAB I PENDAHULUAN. komponen utama dan komponen pendukung yang memadai. Komponen. utama meliputi pesawat pengirim sinyal-sinyal informasi dan pesawat

BAB II TINJAUAN PUSTAKA. Sebagai bintang yang paling dekat dari planet biru Bumi, yaitu hanya berjarak sekitar

DAN KONSENTRASI SAMPEL

SISTEM PEMANFAATAN ENERGI SURYA UNTUK PEMANAS AIR DENGAN MENGGUNAKAN KOLEKTOR PALUNGAN. Fatmawati, Maksi Ginting, Walfred Tambunan

PERPINDAHAN PANAS DAN MASSA

Copyright all right reserved

2 A (C) - (D) - (E) -

Antiremed Kelas 12 Fisika

Fisika EBTANAS Tahun 1996

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

LAPORAN RESMI PRAKTEK KERJA LABORATORIUM 1

LASER (LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION)

PEMERINTAH KABUPATEN LOMBOK UTARA DINAS PENDIDIKAN PEMUDA DAN OLAHRAGA MUSYAWARAH KERJA KEPALA SEKOLAH (MKKS) SMA TRY OUT UJIAN NASIONAL 2010

UN SMA IPA 2008 Fisika

Benda akan berhenti setelah bergerak selama... A. 4 sekon B. 5 sekon C. 8 sekon D. 10 sekon E. 20 sekon

Cahaya membawaku ke bulan

ANALISA SPEKTRUM CAHAYA LASER He-Ne MENGGUNAKAN SPEKTROMETER DIGITAL

PENGUKURAN SUHU MENGGUNAKAN THERMOMETER INFRA MERAH

UN SMA IPA 2011 Fisika

Pengukuran Panjang Gelombang Cahaya Laser Dioda Mengunakan Kisi Difraksi Refleksi dan Transmisi

Fisika Ujian Akhir Nasional Tahun 2003

C21 FISIKA SMA/MA IPA. 1. Seorang siswa mengukur panjang dan lebar suatu plat logam menggunakan mistar dan jangka sorong sebagai berikut.

BAB GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

12/27/2013. Latihan Materi UAS FISIKA FTP FISIKA FLUIDA. Latihan Soal

GARIS-GARIS BESAR PROGRAM PENGAJARAN

TEKNOLOGI ALAT PENGERING SURYA UNTUK HASIL PERTANIAN MENGGUNAKAN KOLEKTOR BERPENUTUP MIRING

O L E H : B H E K T I K U M O R O W AT I T R I W A H Y U N I W I N D Y S E T Y O R I N I M A R I A M A G D A L E N A T I T I S A N I N G R O H A N I

Pengaruh Kecepatan Potong Pada Pemotongan Polymethyl Methacrylate Menggunakan Mesin Laser Cutting

Perpindahan Panas. Perpindahan Panas Secara Konduksi MODUL PERKULIAHAN. Fakultas Program Studi Tatap Muka Kode MK Disusun Oleh 02

Simulasi Perpindahan Panas pada Lapisan Tengah Pelat Menggunakan Metode Elemen Hingga

D. 30 newton E. 70 newton. D. momentum E. percepatan

LABORATORIUM TERMODINAMIKA DAN PINDAH PANAS PROGRAM STUDI KETEKNIKAN PERTANIAN FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2012

PREDIKSI 8 1. Tebal keping logam yang diukur dengan mikrometer sekrup diperlihatkan seperti gambar di bawah ini.

LATIHAN UJIAN NASIONAL

SOAL FISIKA UNTUK TINGKAT PROVINSI Waktu: 180 menit Soal terdiri dari 30 nomor pilihan ganda, 10 nomor isian dan 2 soal essay

Fisika Modern (Teori Atom)

drimbajoe.wordpress.com 1

BAB II TINJAUAN UMUM HUKUM-HUKUM OPTIK

SOAL UN FISIKA DAN PENYELESAIANNYA 2005

ANALISIS KECEPATAN REAKSI SENSOR TERHADAP GELOMBANG CAHAYA INFRA MERAH DAN LASER

Disusun oleh : MIRA RESTUTI PENDIDIKAN FISIKA (RM)

Soal Prediksi dan Try Out UJIAN NASIONAL TAHUN PELAJARAN 2011/2012. Disusun Sesuai Indikator Kisi-Kisi UN Fisika SMA

MODUL 1 INTERFEROMETER DAN PRINSIP BABINET

Alat Peraga Pembelajaran Laju Hantaran Kalor

ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga BAB I PENDAHULUAN. mengalami suatu gaya geser. Berdasarkan sifatnya, fluida dapat digolongkan

Mata Pelajaran : FISIKA

HANDOUT FISIKA KELAS XII (UNTUK KALANGAN SENDIRI) GELOMBANG CAHAYA

1. Pengukuran tebal sebuah logam dengan jangka sorong ditunjukkan 2,79 cm,ditentikan gambar yang benar adalah. A

Kurikulum 2013 Kelas 12 SMA Fisika

OXEA - Alat Analisis Unsur Online

D. 80,28 cm² E. 80,80cm²

Pemodelan Distribusi Suhu pada Tanur Carbolite STF 15/180/301 dengan Metode Elemen Hingga

BAB II TINJAUAN PUSTAKA. Perpindahan kalor (heat transfer) ialah ilmu untuk meramalkan

2. Sebuah partikel bergerak lurus ke timur sejauh 3 cm kemudian belok ke utara dengan sudut 37 o dari arah timur sejauh 5 cm. Jika sin 37 o = 3 5

BAB II CAHAYA. elektromagnetik. Cahaya dapat merambat dalam ruang hampa dengan kecepatan 3 x

4. Sebuah sistem benda terdiri atas balok A dan B seperti gambar. Pilihlah jawaban yang benar!

SISTEM KOMUNIKASI SERAT OPTIK

Fisika UMPTN Tahun 1986

1. Diameter suatu benda diukur dengan jangka sorong seperti gambar berikut ini.

PENGANTAR PINDAH PANAS

III. METODE PENELITIAN. Penelitian ini mulai dilaksanakan pada bulan November 2013 s/d Mei 2014.

Perancangan Sistem Pengukuran Konsentrasi Larutan Dengan Menggunakan Interferometer Michelson

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

1. Diameter suatu benda diukur dengan jangka sorong seperti gambar berikut ini.

KALOR SEBAGAI ENERGI B A B B A B

MATA PELAJARAN WAKTU PELAKSANAAN PETUNJUK UMUM

MATA PELAJARAN WAKTU PELAKSANAAN PETUNJUK UMUM

BAB IV METODE PENGUJIAN CIGARETTE SMOKE FILTER

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

KATA PENGANTAR. Kupang, September Tim Penyusun

SOAL DAN PEMBAHASAN FINAL SESI I LIGA FISIKA PIF XIX TINGKAT SMA/MA SEDERAJAT PAKET 1

Transkripsi:

Fakultas MIPA, Universitas Negeri Yogyakarta, 16 Mei 009 RANCANG BANGUN INSTRUMENTASI TEMPERATUR TINGGI MENGGUNAKAN PRINSIP DEFLEKSI LASER HE-NE SEBAGAI BAGIAN DARI SISTEM KENDALI OPERASI DI BIDANG INDUSTRI Nur Kadarisman Jurusan Pendidikan Fisika, FMIPA, Universitas Negeri Yogyakarta Abstrak Pemantauan dan pengendalian semua variabel proses seperti daya, temperatur, dan tekanan merupakan kebutuhan mutlak dalam bidang industri. Instrumentasi merupakan alat yang dapat digunakan untuk memantau dan mengendalikan variabel proses tersebut. Dari hasil pemantauan maka dapat diketahui apakah sistem berjalan sesuai dengan yang dikehendaki atau tidak. Bila terjadi penyimpangan, maka diperlukan tindakan kontrol sehingga proses dapat berjalan sesuai dengan yang diharapkan (sistem kendali operasi). Salah satu peralatan instrumentasi yang perlu diteliti adalah pemanfaatan defleksi Laser. Di dalam penelitian ini, diperkenalkan suatu metode pengukuran suhu nonkontak yang sederhana, yakni dengan mempergunakan prinsip defleksi. Ketika seberkas sinar dilewatkan di daerah yang berbeda suhu secara bertahap, maka sinar tersebut akan dibiaskan secara berulang, yang akan menyebabkan sinar tersebut terdefleksi (terbelokkan). Sesuai dengan hukum Snellius tentang pembiasan cahaya. Di dalam penelitian ini pada tahap pertama telah dilakukan penelitian skala laboratorium dengan menggunakan sinar laser He-Ne yang dilewatkan di atas pelat yang dipanaskan. Hasil penelitian pada tahun pertama adalah sebagai berikut : (1) Diperoleh fitting data dari hubungan antara perubahan suhu dengan simpangan defleksi sinar laser dengan panjang medium yang konstand dengan persamaan Y = A.T. () Diperoleh fitting data dari perubahan panjang medium pemanas dengan simpangan defleksi sinar laser pada suhu konstand dengan persamaan L = B.Y. dengan A dan B adalah konstanta hasil fitting, Y adalah simpangan defleksi dan L = paanjang medium pemenas serta T = suhu ruangan pemanas (3) Telah dikembangkan modeling dengan sistem elektronik untuk suhu non kontak temperatur tinggi sebagai sistem kendali dibidang industri dengan pengaturan menggunakan hasil (1) dan (). Pola defleksi yang diterima oleh detektor yang dilengkapi dengan sistem akuisisi data. Sistem akuisisi data terdiri dari dua bagian yaitu sistem pengkondisi sinyal dengan pola sensor yang melingkar dengan jari-jari defleksi sesuai dengan suhu ruangan. Detektor adalah alat untuk mengubah besaran fisik - dalam hal ini fluks intensitas cahaya - menjadi besaran listrik dalam penelitian ini digunakan Foto Transistor. Pemilihan Foto Transistor sebagai detektor didasarkan pada akurasi, presisi, linieritas dan kestabilan temperatur. Jika detektor ini ditembus oleh sinar laser maka akan ditangkap oleh Foto Transisitor. Hal ini menyebabkan timbulnya arus listrik dan arus listrik yang dihasilkan bisa dirangkai dengan sistem alarm untuk setiap perubahan suhu medium yang terjad PENDAHULUAN Latar Belakang Di dalam industri banyak dilakukan pengukuran suhu suatu obyek yang memiliki suhu yang tinggi. Alat ukur yang biasa dipergunakan adalah alat ukur yang membutuhkan kontak fisik dengan obyek yang diukur. Jika obyek yang diukur mempunyai suhu tinggi, diperlukan sensor dengan titik leleh yang tinggi juga. Selain itu tuntutan pengggunaan alat pengukur suhu nonkontak juga dikarenakan obyek yang berada pada daerah yang berbahaya atau adanya kebutuhan untuk menghindari kontaminasi dengan obyek, seperti makanan dan obat-obatan (wwwid.wikipedia.org/termometer-inframerah). Oleh karena itu dipergunakan alat ukur suhu nonkontak seperti radiation thermometer yang memanfaatkan radiasi panas serta optical pyrometer yang memanfaatkan radiasi panas dan pancaran cahaya (optik). Akan tetapi, alat ukur suhu dengan radiasi memerlukan harga emitansi dan emisivitas bahan dari material yang penentuannya tidaklah mudah. F-37

Nur Kadarisman / Rancang Bangun Instrumentasi... Pencarian metode pengukuran suhu nonkontak terus dilakukan, agar diperoleh suatu metode dan alat ukur yang menghasilkan hasil pengukuran suhu yang akurat. Di dalam penelitian ini, diperkenalkan suatu metode pengukuran suhu nonkontak yang sederhana, yakni dengan mempergunakan prinsip defleksi. Ketika seberkas sinar dilewatkan di daerah yang berbeda suhu secara bertahap, maka sinar tersebut akan dibiaskan secara berulang, yang akan menyebabkan sinar tersebut terdefleksi (terbelokkan). Sesuai dengan hukum Snellius tentang pembiasan, bahwa ketika cahaya datang dari medium kurang rapat ke medium lebih rapat maka cahaya tersebut akan dibiaskan mendekati garis normal. Di dalam penelitian ini pada tahap pertama dilakukan penelitian skala laboratorium dengan menggunakan sinar laser He-Ne yang dilewatkan di atas pelat yang dipanaskan. Ketika sebuah pelat dipanaskan, maka akan terjadi daerah bergradien suhu di atas pelat tersebut, semakin ke atas suhunya semakin rendah atau mendekati suhu lingkungan. Akibat gradien suhu tersebut, akan terjadi daerah bergradien indeks bias. Apabila sinar laser dilewatkan pada daerah tersebut maka sinar laser akan dibiaskan secara berulang, akibatnya sinar laser akan bergerak menjauhi pelat atau terdefleksi. Pada tahapan berikutnya dimana instrumentasi di implementasikan untuk pengukuran temperatur industri. Pemantauan dan pengendalian semua variabel proses seperti daya, temperatur, dan tekanan merupakan kebutuhan mutlak dalam bidang industri. Instrumentasi merupakan alat yang dapat digunakan untuk memantau dan mengendalikan variabel proses tersebut. Dari hasil pemantauan maka dapat diketahui apakah sistem berjalan sesuai dengan yang dikehendaki atau tidak. Bila terjadi penyimpangan, maka diperlukan tindakan kontrol sehingga proses dapat berjalan sesuai dengan yang diharapkan. Intrumentasi temperatur menggunakan prinsip defleksi Laser ini dalam penggunaannya dikembangkan untuk pengukuran suhu nonkontak pada suatu logam yang panas, dengan sinar laser sebagai sensor suhunya. Jadi dengan mengetahui nilai defleksinya kita dapat mengetahui nilai suhu yang kita ukur. TUJUAN PENELITIAN Pada dasarnya penelitian ini adalah suatu upaya yang bersifat metodologis praktis dalam upaya untuk menghasilkan instrumentasi temperatur tinggi non kontak menggunakan prinsip defleksi laser yang dapat diimplemntasikan untuk industri tertentu sebagai bagian dari sitem kendali operasi. Sedangkan tujuan khusus dari setiap tahapan penelitian yang dilakukan adalah sebagai berikut : A. Tujuan Khusus Tahun pertama (penelitian skala Laboratorium) : a. Untuk mengetahui pengaruh suhu terhadap defleksi laser. b. Untuk mengetahui pengaruh panjang pelat terhadap suhu untuk setiap defleksi laser. c. Untuk mengetahui pengaruh jarak laser dengan permukaan pelat terhadap jumlah defleksi laser. d. Modeling instalasi alarm temperatur tegangan tinggi B. Pentingnya Rencana Penelitian Penelitian ini sangat bermanfaat baik secara praktis maupun teoritis.. Beberapa manfaat lain dari penelitian ini adalah: 1. Instrumentasi temperatur nonkontak sangat berguna untuk aplikasi industri karena instrumentasi tidak memerlukan persyaratan alat ukur memiliki titik leleh yang tinggi.. Pengolahan data melalui komputer sangat bermanfaat untuk analisa data sekaligus sebagai input untuk pengendalian sistem operasi produksi. 3. Peneliti dapat melakukan identifikasi mengenai berbagai kemungkinan untuk menjalin kerjasama secara lebih luas dengan kalangan industri. I. STUDI PUSTAKA A. Distribusi Suhu di Atas Pelat Horisontal Apabila pelat dipanaskan, maka panas tersebut akan memanaskan fluida di atasnya, dimana fluida yang dekat dengan permukaan pelat akan berkurang kerapatannya akibat pemanasan F-38

Fakultas MIPA, Universitas Negeri Yogyakarta, 16 Mei 009 pelat tersebut. Sehingga fluida yang dekat dengan permukaan pelat akan berbeda kerapatannya jika dibandingkan dengan fluida yang jauh dengan pelat. Perbedaan kerapatan tersebutlah yang menyebabkan fluida yang lebih berat mengalir ke bawah dan fluida yang lebih ringan akan mengalir ke atas. Jika gerakan itu hanya disebabkan oleh perbedaan kerapatan yang diakibatkan oleh gradien suhu, maka perpindahan panas itu disebut konveksi alami (Frank Kreith, 1987 : 383). x y g T, ρ T w > T δ T w, ρ Gambar 1. Aliran konveksi alami diatas pelat horisontal Gambar 1 menunjukkan aliran konveksi alami pada sebuah pelat horisontal yang dipengaruhi oleh gaya luar yakni gaya gravitasi g. Ketika pelat dengan suhu T w memanaskan fluida yang berbatasan dengan pelat tersebut ke atas, maka fluida yang dekat dengan permukaan pelat menjadi lebih panas daripada fluida yang jauh dengan permukaan pelat dengan suhu T. Akibatnya terjadi perbedaan tekanan, yang akan menyebkan lapisan batas mengalir diatas permukaan pelat sepanjang permukaan pelat (A.Bejan & A.D Krauss 003 : 541). Distribusi suhu di atas pelat horisontal, sesuai dengan Gambar 1, B. Lintasan Cahaya Dalam Medium dengan Gradien Index Bias Jika seberkas sinar melewati medium optik yang bervariasi indeks biasnya, maka sinar tersebut akan mempunyai lintasan yang melengkung. Gambar menunjukkan jika seberkas sinar melewati medium yang mempunyai perubahan indeks bias secara bertahap, yang dibayangkan sebagai segmen-segmen tipis yang mempunyai indeks yang masing-masing berbeda. r θ e n e θ c x θ b n b θ a n a θ d n d n c Gambar. Segmen-segmen indeks bias n a n b n c n d n e Menurut hukum Snellius n a sin θ a = n b sin θ b = n c sin θ c =...= konstan. Sehingga n sin θ = konstan dan (n sin θ) = konstan. Selanjutnya, d dn dθ ( n sin θ ) = sin θ + n sinθ cosθ = 0 (.1) dx nilai θ = arctan, sehingga menjadi F-39

Nur Kadarisman / Rancang Bangun Instrumentasi... dn + 1 dx dx 1+ d x n = 0 (.) C. Lintasan Cahaya di atas Pelat Horisontal Jika seberkas cahaya laser memasuki daerah bergradien suhu yang menyebabkan gradien indeks bias maka cahaya laser tersebut akan bergerak melengkung menjauhi pelat. x y r T T w δ Gambar 3. Lintasan sinar laser yang melengkung Dengan mendefinisikan tebal lapisan batas termal δ = r + y maka Persamaan (.3) menjadi r T = ( Tw T ) + T. (.3) δ Substitusi Persamaan (.16) ke Persamaan (.10) diperoleh 3PA/ R n 1 =. (.4) r ( Tw T ) + T δ Diferensialkan Persamaan (.17) tersebut terhadap r, diperoleh r 6PA/ R( T ) w T dn δ =. (.5) r ( Tw T ) + T δ Dengan menggabungkan Persamaan (.4) dengan Persamaan (.5) diperoleh r ( Tw T ) d r 3PA δ = (.6) dx RC r ( Tw T ) + T δ Persamaan (.6) adalah persamaan lintasan cahaya di atas pelat yang dipanasi. D. Laser Istilah laser adalah singkatan dari Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (penguatan sinar dengan emisi radiasi yang dirangsang). Dalam laser, atom atau molekul dipancarkan sedemikian rupa sehingga laser lebih banyak yang memiliki energi tingkat tinggi, ini merupakan kondisi dimana laser disebut berada dalam populasi invertasi (pembalikan populasi). Atom dapat dirangsang ke tingkat tertentu dalam jumlah yang cukup untuk mencapai populasi invertasi adalah dengan kejutan elektron atau disebut juga pemompaan. Pertama atom atau molekul berada dalam daerah eksitasi, atom atau molekul tersebut siap untuk memancarkan radiasi. Apabila terdapat foton yang mempunyai frekuensi sesuai dengan beda F-330

Fakultas MIPA, Universitas Negeri Yogyakarta, 16 Mei 009 energi antara daerah eksitasi dan keadaan dasar, maka foton tersebut membentur atom eksitasi. Atom kemudian distimulasi untuk memancarkan foton kedua pada frekuensi, fase dan arah yang sama dengan foton yang ditembak. Foton yang dipancarkan kemudian membentur atom eksitasi yang lain, merangsang pancaran foton lebih lanjut, semuanya dalam frekuensi, fase dan arah yang sama. Hal ini menghasilkan radiasi koheren secara tiba-tiba seperti semua atom melecut dalam reaksi yang cepat dan berantai. Dalam laser, biasanya cahaya dibuat sedemikian rupa, sehingga cahaya yang dihasilkan akan dipantulkan oleh cermin-cermin dalam laser secara berulang-ulang dalam arah yang sama tanpa berkurang di rongga resonansi. Keuntungan dari proses tersebut adalah didapatkan berkas cahaya laser dengan fokus/kepekaan yang sangat tinggi. Pemantulan ini hanya terjadi secara parsial, apabila atom dipompa kembali ke keadaan eksitasi maka secepat mungkin atom tersebut melepaskan diri, sehingga berkas yang konstan dari cahaya koheren diproduksi (Laud, 1988: 105). Laser Helium-Neon terdiri atas kira-kira 10 : 1 campuran dari Helium dan Neon yang ditempatkan di dalam pipa keluaran yang panjang dan sempit pada tekanan sekitar 1 torr (~ 1 mm raksa). Campuran gas ini adalah medium lasing yang membuat inversi populasi. Sistem gas tertutup di antara susunan cermin yang membentuk seperti resonator. Pemompaan diperoleh dari arus keluaran yang dihasilkan dari tegangan tinggi (~ 1- kv). Tiga elemen penting dari laser Helium-Neon yaitu pemompa, medium laser dan resonator ditunjukkan secara skematis pada Gambar.5. Gambar 4. Skema sistem laser Helium-Neon (http://en.wikipedia.org/wiki/helium-neon_laser) Gambar 5. Diagram tingkat energi yang menunjukkan tingkat energi dari Helium dan Neon Gambar 5. menunjukkan transisi tingkat energi dari laser He-Ne. Aksi laser yang sebenarnya terjadi di antara tingkat energi dari Neon, dimana Helium berfungsi untuk membantu proses pemompaan. Ada dua tipe pokok dari eksitasi pada proses pemompaan, yaitu: elektron langsung dan eksitasi tumbukan atomik. F-331

Nur Kadarisman / Rancang Bangun Instrumentasi... IV. METODE PENELITIAN A. Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Maret 008 sampai bulan Oktober 008 di Laboratorium Laser dan Optoelektronika Jurusan Pendidikan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Yogyakarta dan industri susu di wilayah Provinsi DIY. B. Variabel Penelitian Adapun variabel dalam penelitian ini adalah: - Variabel bebas : suhu pelat (T w ), panjang pelat (L), jarak sinar laser dengan permukaan pelat (r) - Variabel terikat : defleksi (D) - Variabel tetap : Diameter berkas sinar laser pada layar : mm Jarak laser dengan tepi pelat (S 1 ) : 8 cm Jarak ujung pelat dengan layar (S 3 ) : 300 cm C. Alat dan Bahan Penelitian 1. Bahan penelitian. Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah pelat. Alat penelitian. Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah: a) Laser HeNe 63,8 nm 5 mw CW b) Polarisator c) Voltage Regulator type SD-610M output 0-60 V d) Pemanas kompor listrik 600 W e) Termometer digital type CT-100 f) Lup g) Layar pembaca dengan kertas millimeter h) Kotak penutup D. Skema Penelitian Desain Percobaan yang digunakan 1 4a 4b 4c 5 4d 4e 7 3 6 9 8 Keterangan Laser HeNe 1 Polarisator Pelat 3 Termometer (a,b,c,d,e) 4 Termometer digital 5 Tempat pemanas 6 Layar 7 Defleksi 8 Voltage regulator V.PEMBAHASAN 1. Pengaruh suhu terhadap defleksi Ketika sebuah pelat dipanaskan, maka suhu pelat tersebut akan didistribusikan ke medium udara di atasnya. Distribusi suhu di atas pelat tersebut semakin ke atas semakin kecil atau mendekati F-33

Fakultas MIPA, Universitas Negeri Yogyakarta, 16 Mei 009 suhu lingkungan. Akibatnya, pada medium udara tersebut akan terjadi daerah bergradien suhu yang akan menyebabkan terjadinya gradien indeks bias secara bertahap (graded-index media), yang dibayangkan sebagai daerah yang terdiri atas segmen-segmen tipis dengan indeks bias yang berbeda (Gambar ). Menurut hukum Snellius, jika sinar datang dari medium kurang rapat ke medium lebih rapat (n 1 <n ) maka sinar tersebut akan dibelokkan mendekati normal atau menjauhi daerah batas beda indeks bias. Ketika medium yang berbeda indeks bias tersebut bertahap (n 1 <n <n 3 <n 4 <n 5 <...<n n ), maka sinar yang melewati daerah tersebut akan dibiaskan secara berulang. Hal ini terjadi ketika sebekas sinar laser dilewatkan di atas permukaan pelat yang dipanaskan, sinar laser tersebut akan melewati medium dengan indeks bias yang berbeda secara bertahap maka sinar laser tersebut akan dibiaskan secara berulang sehingga terlihat bahwa sinar laser akan bergerak melengkung menjauhi pelat. Gambar 7. menunjukkan bahwa semakin tinggi suhu pelat, maka sinar laser akan terdefleksi semakin tinggi, hal ini dikarenakan daerah yang mempunyai gradien suhu yang disebabkan oleh pertukaran kalor antara fluida dan dinding atau permukaan pelat semakin tinggi juga. Bisa dikatakan, bahwa fluida yang dipengaruhi oleh suhu permukaan pelat semakin banyak sehingga daerah bergradien suhunya semakin tebal jika dibandingkan kondisi suhu sebelumnya yang lebih rendah. Hal ini menyebabkan daerah gradien indeks bias semakin tebal, dan mengakibatkan sinar laser akan dibiaskan melewati medium indeks bias yang lebih banyak sehingga sinar laser akan terdefleksi lebih jauh. defleksi (mm) 5 0 15 10 5 besi 1mm besi mm besi 3mm besi 4mm besi 5mm besi 6mm y=-5.8477+0.0744x y=-5.08643+0.18981x y=-4.9949+0.1856x y=-4.7703+0.16544x y=-3.658+0.1773x y=-.5704+0.0894x 0 0 40 60 80 100 10 140 160 suhu ( 0 C) Gambar 7. Grafik hubungan suhu terhadap defleksi pelat besi untuk jarak berkas sinar laser 1,, 3, 4, 5, dan 6mm. Gambar 7 menunjukkan pengaruh suhu terhadap defleksi untuk panjang pelat 50 cm pada masing-masing jarak berkas sinar laser 1,, 3, 4, 5, dan 6 mm. Dari grafik tersebut terlihat bahwa pada jarak 6 mm suhu untuk defleksi yang dihasilkan paling besar dibandingkan dengan jarak yang lain, artinya bahwa pada jarak 6 mm diperlukan suhu yang lebih tinggi agar terjadi defleksi, dikarenakan pada suhu tersebut gradien suhu baru terbentuk sehingga laser terdefleksi. Semakin jauh jarak antara sinar laser dengan muka pelat, maka suhu defleksinya juga semakin besar. Terlihat bahwa nilai slope garis regresinya semakin kecil atau mendekati sumbu x, ketika jarak sinar laser dengan muka pelat semakin jauh. VI. KESIMPULAN Di dalam dunia industri, suhu obyek yang diukur sangatlah tinggi, sehingga pada hasil fitting data di atas dapat diekstrapolasi secara akurat. Dari pembahasan di atas, dapat kita jadikan pedoman bahwa, untuk menentukan metode pengukuran suhu dan desain alat pengukuran suhu non kontak dengan prinsip defleksi laser, harus diperhatikan pengaruh jenis bahan obyek, panjang medium pemanas, dan pada saat pengukuran diusahakan pengaruh suhu sekitar harus dikontrol. F-333

Nur Kadarisman / Rancang Bangun Instrumentasi... Empat tujuan dari penelitian ini pada tahun pertama telah dicoba direalisasikan melalui tahapan kegiatan yang terstruktur dan sistematis, yaitu; (1) didapatkannya persamaan tentang pengaruh suhu terhadap defleksi Laser, (). dapat diketahui pengaruh panjang pelat (ruangan) terhadap defleksi laser pada setiap perubahan suhu, (3). dapat diketahui pengaruh jarak Laser dengan permukaan pelat terhadap defleksi Laser, dan (4). dapat dibuatnya model instalasi alarm pengendali operasi pada ruangan dengan suhu tertentu. Dari hasil kegiatan yang telah dilakukan pada tahun pertama telah didapatkan: 1. Hubungan antara Temperatur ruangan dengan defleksi yang terjadi adalah linier Y = A + BX dengan A dan B adalah konstanta tergantung dengan bahan sumber pemanas. X adalah panjang defleksi dan Y adalah temperatur yang dihasilkan.. Panjang pelat pemanas ruangan juga berpengaruh terhadap defleksi sinar laser sehingga perlu diperhitungkan lagi persamaan dengan tiga variabel yang berpengaruh yaitu panjang pelat, temperatur ruangan dan defleksinya dengan menggunakan program komputer untuk penelitian tahap ke-. 3. Pengukuran suhu dengan variasi tinggi dari pelat tidak mempengaruhi bentuk linieritas hubungan perubahan temperatur dengan defleksi. 4. Model alarm temperatur tinggi dapat dibuat dalam penelitian ini dengan menggunakan sensor cahaya serta sistem penguatan sinyal dalam satu rangkaian elektronik. Dengan gambar sebagai berikut : Dari Fitting Data Bisa Diekstrapolasi Untuk Setiap Panjang Ruangan (X) dengan suhu tertentu (T) maka besar Defleksi (D) Bisa dihitung Dengan demikian bisa dibuat Sistem Alarm Pengendali Suhu T LASER Ruang Pemanas T1 AL ARM RING FOTO TRANSISTOR Daerah Defleksi untuk X, T tetap Gambar 8: Instrumen penelitian tahap pertama. Tahap pertama telah mampu dibuat system kendali pada temperatur terbatas dengan sistem alarm dengan pengaturan temperatur. Selanjutnya untuk tahap ke- semua sistem kendali dioperasikan dengan komputer untuk mengekstrapolasi hasil penelitian tahap pertama pada temperatur tinggi. Model penelitian tahap ke- adalah sebagai berikut. F-334

Fakultas MIPA, Universitas Negeri Yogyakarta, 16 Mei 009 Target Tahap Ke- T LASER Ruang Pemanas T1 AL ARM RING FOTO TRANSISTOR Daerah Defleksi untuk X, T tetap Gambar 9. desain eksperimen tahap ke- dengan system kendali komputasi. VII. SARAN Berdasarkan kesimpulan di atas masih ditemukan beberapa kelemahan dalam kegiatan penelitian ini. Oleh karena itu perlu dilakukan refleksi sebagai umpan balik perencanaan tindakan penelitian tahun berikutnya. Sensor untuk pemanasan pada suhu tinggi sangat peka oleh karena itu perlu dikembangkan sensor dengan bantuan kamera untuk perekaman jejak defleksi laser yang digunakan sehingga bisa menghasilkan data yang lebih optimal. Disamping itu perlunya pengujian pada industri yang menggunakan instrumentasi temperatur tinggi pada tahapan berikutnya, yang sebetulnya sangat membantu untuk uji coba dari alat yang dihasilkan dalam penelitian ini. VIII. DAFTAR PUSTAKA Bejan, A & Krauss, A.D. 003. Heat Transfer Handbook. New Jersey : John Wiley & Sons, Inc. Born, M & Wolf, E.1980. Principles of Optics. New York : Pergamon Press Inc. Giancolli. 1991. Fisika Untuk Universitas (Terjemahan) Jakarta :Erlangga Holman, J.P. (Alih Bahasa oleh Ir. E. Jasjfi, Msc). 1991. Perpindahan Kalor Jakarta: Erlangga Issac, A 1990. Kamus Fisika. Jakarta : Erlangga Kreith, Frank. (Alih Bahasa oleh Arko Prijono, MSc).1991 Prinsip-prinsip Perpindahan Panas Jakarta : Erlangga Laud, B.B (terjemahan Sutanto). 1988. Laser dan Optik Nonlinear. Jakarta : Universitas Indonesia-Press http://en.wikipedia.org/wiki/helium-neon_laser wwwid.wikipedia.org/termometer-inframerah F-335