BAB 4 ANALISIS DAN DATA 4.1 Pendahuluan Perangkat pengontrolan pelayangan magnetik dari hasil perancangan pada BAB 3 diintegrasikan seperti pada Gambar 4.1. Pada Gambar 4.1, tampak gambar lengkap perangkat pelayangan magnetik yang sedang dalam proses pelayangan bola besi. Magnet Kumparan LED Infra Bola Fototransistor Fototransistor Posisi Trafo Gambar 4.1. Perangkat Sistem Pelayangan Magnetik Bola Variabel yang dikontrol pada sistem pelayangan magnetik ini adalah posisi bola. Respon yang dibutuhkan dalam pengontrolan ini sangat cepat karena sistem ini 27
merupakan sistem yang sangat tidak stabil. Data yang diambil dalam pengerjaan tugas akhir ini adalah: 1. Data perbandingan kuat medan magnet sebagai fungsi jarak. 2. Data perbandingan kuat medan magnet dengan variasi bahan. 3. Data perbandingan kuat sinyal tegangan referensi dengan kuat sinyal tegangan posisi bola. 4. Data bentuk sinyal yang terekam pada osiloskop saat kumparan bekerja. 4.2 Kuat Medan Magnet Kuat medan magnet diukur dengan menggunakan tesla meter. Dari pengukuran didapatkan hasil grafik pada Gambar 4.2. 70 60 Kuat Medan Magnet (mt) 50 40 30 20 10 0 0 5 10 15 20 25 30 35 Jarak (mm) kumparan kumparan dan magnet permanen Gambar 4.2. Grafik Perbandingan Kuat Medan Magnet Dari Gambar 4.2, diketahui bahwa perubahan kuat medan magnet berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kumparan dengan bola. Dengan demikian, terbukti bahwa kuat medan magnet memenuhi persamaan 2.4. Gambar 4.2 juga membuktikan bahwa penambahan magnet permanen di atas kumparan inti tidak banyak mempengaruhi kuat medan magnet, terutama untuk 28
jarak lebih dari 15mm. Hal ini membuktikan bahwa penambahan magnet permanen hanya signifikan untuk pengarahan garis-garis gaya magnet agar lebih terkonsentrasi. Dengan jarak bola dengan kumparan yang berada pada kisaran 12 sampai 17 mm, kuat medan magnet hanya bertambah sedikit sekali dengan penambahan magnet permanen. Namun demikian, perbedaan kestabilan sangat jelas terlihat. 4.3 Kinerja Kumparan Kinerja kumparan dapat dilihat melalui pengukuran menggunakan osiloskop. Dari hasil pada osiloskop terbukti kumparan bekerja menurut prinsip on-off. Pengukuran dilakukan dengan V/kotak = 5V. Pengukuran dilakukan dengan menghubungkan kutub positif osiloskop dengan bagian kumparan yang berhubungan dengan catu daya, dan kutub lainnya ditanahkan. Tampilan osiloskop dapat dilihat pada Gambar 4.3. Pada tampilan osiloskop, nampak terjadi osilasi tegangan yang sangat cepat dan bergelombang. Pada beberapa kesempatan, nampak bahwa tegangan belum turun sempurna ketika naik kembali. Demikian juga sebaliknya, tegangan yang belum sampai ke puncak sudah turun kembali. Gambar 4.3 Tampilan Osiloskop Pengukuran Tegangan pada Kumparan Fenomena yang tertangkap pada osiloskop pada Gambar 4.3 membuktikan, bahwa, untuk mematikan sifat magnet kumparan, tidak diperlukan nilai tegangan absolut, melainkan perubahan nilai tegangan yang diperlukan. Pada saat mendapat 29
catu maju, kumparan bekerja, dan saat catu mundur, kumparan akan secara otomatis tidak bekerja. 4.4 Penempatan Phototransistor Penempatan phototransistor dapat dilihat pada Gambar 4.4. Letak phototransistor dan LED infra merah sangat mempengaruhi kerja keseluruhan sistem. Gambar 4.4. Letak Phototransistor dan LED Infra Merah Kedua phototransistor diletakkan berhimpit satu sama lain di salah satu sisi dinding kerangka, dengan jarak 10mm sampai dengan 20 mm dari ujung bawah kumparan. Phototransistor untuk referensi diletakkan di atas, sedangkan yang digunakan untuk mengukur posisi diletakkan di bawah. LED infra merah sebagai pemberi sinyal masukan bagi kedua phototransistor diletakkan berseberangan dengan sisi dinding tempat peletakan phototransistor, dengan posisi ketinggian tepat di tengah antara ketinggian dua phototransistor penerima cahaya. Untuk menghindari bias cahaya dari luar, ditambahkan selubung putih pada optodetektor agar cahaya yang mempengaruhi hanya dari satu arah sehingga mengurangi bias cahaya dari sumber lain. 30
4.5 Pemantauan Phototransistor Pemantauan phototransistor dilakukan dengan menggunakan rangkaian pengukur yang dihubungkan dengan komputer. Hasil pengukuran menggambarkan kerja kedua phototransistor. Grafik pengukuran dapat dilihat pada Gambar 4.5. Berdasarkan grafik, dapat diketahui nilai tegangan posisi memiliki kisaran dan rata-rata yang lebih rendah selama proses pelayangan. Hal ini disebabkan karena, bola selalu menutup phototransistor posisi selama pelayangan baik sebagian maupun seluruhnya sehingga nilai maksimum tegangan posisi lebih kecil. Pada tegangan referensi, nilai maksimal lebih tinggi, karena phototransistor referensi seringkali tidak tertutup bola sama sekali sehingga nilai tegangannya maksimum. Pengukuran dilakukan pada tangan kolektor dari phototransistor yang bersangkutan. Pengukuran ini membuktikan logika on-off yang terdapat pada bab 3 dapat dilakukan dan diimplementasikan dengan baik. 12 10 Beda Tegangan (5n/255 mv) 8 6 4 2 0 1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101 111 121 131 141 151 161 171 waktu (ms) ref pos Gambar 4.5. Grafik Hubungan Tegangan Sinyal Referensi dan Posisi 4.6 Jarak Aktuator dengan Bola Pada tugas akhir dilakukan percobaan dengan menggunakan dua buah bola yang memiliki bahan dan bentuk fisik yang sama, namun berbeda ukuran massa dan 31
dimensi. Bola yang lebih kecil memiliki massa 3g, sedangkan bola yang besar memiliki massa 7,5g. Dari percobaan yang dilakukan, kedua bola, besar maupun kecil sama-sama dapat dilayangkan, hanya saja, untuk bola yang berukuran besar, jarak antara aktuator dengan bola lebih dekat dibandingkan dengan bola yang berukuran lebih kecil. Fenomena tersebut terjadi karena aktuator dikontrol oleh pengontrol on-off, sehingga kuat medan magnet pada suatu jarak tertentu sama. Untuk mempertahankan posisi dari bola yang lebih berat, diperlukan gaya tarik yang lebih kuat, yang berarti kuat medan magnet yang lebih besar, sehingga jarak antara kumparan dengan bola diperkecil. Hal ini dilakukan karena posisi sensor ditetapkan tidak dapat diubah-ubah. Oleh karena itu, perubahan jarak dilakukan dengan menggerakkan posisi kumparan. Keuntungan dari penggunaan bola yang lebih besar terletak pada luas permukaannya. Karena memiliki luas permukaan lebih besar, dan jarak dengan kumparan yang lebih kecil yang berarti memerlukan gaya magnet lebih besar untuk mempertahankan posisi, maka penggunaan bola yang lebih besar cenderung membuat sistem lebih stabil. Bahkan dengan penambahan beban berupa magnet permanen lain dan bola kecil, sistem pelayangan magnetik tetap berjalan dengan baik. Penalaan kumparan dilakukan secara manual dengan bantuan LED indikator kumparan. Berdasarkan Gambar 3.5, digunakan LED berwarna merah agar kasat mata. Saat LED menyala, artinya, kumparan bekerja, dan demikian juga sebaliknya. Jarak antara kumparan dengan bola dapat dinyatakan sudah benar apabila lampu LED berkedip cepat sesuai grafik kinerja kumparan pada Gambar 4.3. 32