BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS Pada bab ini akan dibahas mengenai pengujian dan analisa perangkat keras, perangkat lunak, kesatuan sistem secara keseluruhan serta eksperimen yang dilakukan untuk membuktikan kehadiran efek kuantisasi fluksoid dalam cincin superkonduktor menggunakan kesatuan sistem yang telah direalisasikan juga hasil yang diperoleh. 4.1 Metode Pengujian Metode pengujian sistem meliputi: 1. Pengujian perangkat keras meliputi pengujian pada boks antarmuka dan akuisisi data. Pengujian dilakukan pada bagian catu daya. Pengujian perangkat keras ini dilakukan dengan menggunakan multimeter. 2. Pengujian perangkat lunak terdiri dari 2 bagian, yaitu pengujian perangkat lunak pada mikrokontroler dan pengujian perangkat lunak pada PC. Pengujian perangkat lunak pada mikrokontroler dilakukan dengan cara melakukan simulasi program dengan menggunakan perangkat lunak AVR Studio 3.55 sedangkan pengujian perangkat lunak pada PC dilakukan dengan cara melakukan pengukuran dengan menggunakan multimeter dan membandingkan hasil tampilan pada perangkat lunak antarmuka pengguna pada PC yang dirancang. 4-1
3. Pengujian kesatuan sistem secara keseluruhan dilakukan dengan cara menjalankan sistem secara keseluruhan dan mengamati apakah sistem yang dirancang berjalan sesuai dengan fungsinya masing-masing. Pengujian meliputi pengujian ADC, PWM, komukasi serial, sensor dan penguat awal. 4. Eksperimen untuk membuktikan kehadiran efek kuantisasi fluksoid dalam cincin superkonduktor menggunakan kesatuan sistem yang telah direalisasikan. 4.2 Pengujian dan Analisis 4.2.1 Pengujian dan Analisis Perangkat Lunak 1. Perangkat lunak pada PC Pada gambar berikut dapat dilihat tampilan dari program antarmuka pada PC yang berfungsi mengambil data dari sensor kemudian menampilkan data hasil pengukuran tersebut serta mengatur arus yang diperlukan untuk mengatur nilai medan yang sesuai. Gambar 4.1. tampilan program aplikasi user interface pada PC 4-2
2. Perangkat lunak pada mikrokontroler Perangkat lunak pada mikrokontroler dibangun menggunakan bahasa assembly menggunakan AVR Studio 3.55. Pada gambar dapat dilihat secara simulasi perangkat lunak pada mikrokontroler. Gambar 4.2. tampilan program simulasi pada mikrokontroler 4.2.2 Pengujian dan Analisis Perangkat Keras 1. Catu daya Pengujian pada rangkaian catu daya dilakukan dengan cara mengukur tegangan keluaran dari catu daya dengan menggunakan multimeter digital. Berikut gambar dan tabel hasil pengukuran catu daya: 4-3
Gambar 4.3. blok pengujian catu daya Tabel 4.1. hasil pengujian rangkaian catu daya Input Tegangan 12V Komponen Pin Vout 12.18 V LM 7805 pada mikrokontroler 3 5.11 Volt 4.2.3 Pengujian dan Analisis Integrasi Seluruh Sistem Pengujian sistem secara keseluruhan dilakukan dengan mengintegrasikan program antarmuka pada PC dan boks antarmuka dan akuisisi data. Pengujian meliputi pengujian ADC, PWM, komukasi serial, sensor dan penguat awal. 4-4
Boks antarmuka dan akuisisi data ADC internal PWM Komunikasi serial Sensor dan penguat awal Gambar 4.4. blok pengujian integrasi sistem 1. ADC Internal Pengujian pada rangkaian ADC internal dilakukan dengan cara memberikan tegangan masukan pada input ADC internal dengan menggunakan potensiometer kemudian memeriksa isi register hasil konversi ADC internal. 2. PWM Pengujian pada rangkaian PWM dilakukan dengan cara memberikan tegangan masukan pada input ADC internal dengan menggunakan potensiometer 4-5
kemudian isi register hasil konversi ADC internal dimasukkan sebagai input register pembanding PWM. Tegangan keluaran pada sinyal PWM harus memiliki nilai yang kurang lebih sama dengan tegangan masukan ADC internal. 3. Komunikasi serial Pengujian pada rangkaian komunikasi serial dilakukan dengan cara memerintahkan mikrokontroler untuk mengirimkan data pada PC. Pada gambar berikut diperlihatkan proses simulasi pengiriman data serial. Data yang dikirimkan adalah N08 yang merupakan perintah yang berfungsi me-reset semua modul yang terhubung dengan mikrokontroler. 4. Sensor dan penguat awal Pengujian sensor dan penguat awal dilakukan menggunakan magnet. Nilai penguatan diubah-ubah menggunakan potensiometer multiturn sehingga tegangan keluaran yang dihasilkan dapat diatur. 5. Integrasi sistem Pengujian seluruh sistem dilakukan dengan memasukkan nilai arus yang sesuai dengan nilai medan magnet yang diinginkan sebagai input pada PC. Nilai tegangan dan arus tersebut diteruskan ke catu daya SM 7020-D dari Delta Elektronika untuk menghasilkan medan magnet. Besarnya medan magnet dideteksi oleh sensor efek Hall kemudian diubah menjadi nilai tegangan yang sesuai dan ditampilkan pada PC. Nilai tegangan tersebut kemudian dibandingkan. 4-6
Gambar 4.5. input pemrograman Pada sistem pengendalian medan magnet ini, hanya dilakukan pengaturan arus (I prog.). Sementara itu, pengaturan tegangan dilakukan secara manual. I prog. (pin 3) dihubungkan langsung dengan keluaran PWM dari boks antarmuka dan akuisisi data. Keluaran PWM ini sebelumnya telah dibatasi hingga hanya mencapai 5 Volt. Sementara itu, return of reference (pin 1) dihubungkan dengan ground dari boks antarmuka dan akuisisi data. Sehingga arus yang diinginkan untuk dapat menghasilkan medan magnet dapat dikendalikan oleh pengguna melalui PC. Data yang diperoleh adalah besar set current pada PC, I dan V pada catu daya SM-7020 Delta Elektronika. Kurva yang diperoleh nyaris linier. Selain itu dapat pula diperoleh kurva pembebanan dengan nilai beban nyaris konstan sebesar 2,8039 Ohm. 4-7
Kurva Perbandingan Set Arus pada PC dengan Arus di Catu Daya Arus pada Catu Daya (Ampere) 6 5 4 3 2 1 0 y = 0,01x - 0,045 I Linear (I) 0 200 400 600 Set Current pada PC Gambar 4.6. kurva perbandingan set arus pada PC dengan arus di catu daya Kurva Pembebanan Tegangan (Volt) 16 14 12 10 8 6 4 2 0 y = 2,8039x - 0,0088 0 2 4 6 V Linear (V) Arus (Ampere) Gambar 4.7. kurva pembebanan Sementara itu, tegangan yang dihasilkan oleh sensor Efek Hall, sebanding dengan besar medan magnet, dikuatkan oleh sebuah penguat non-inverting dengan penguatan sebesar 100 kali. Tegangan yang telah dikuatkan ini masuk ke dalam ADC internal mikrokontroler untuk kemudian diolah sebelum ditampilkan ke PC. Namun, saat tegangan dikuatkan oleh penguat non-inverting terjadi kesalahan tegangan offset. Pada tegangan masukan 0 Volt terdapat tegangan keluaran 4-8
sebesar 124 mv. Hal ini menyebabkan tegangan keluaran tidak sepenuhnya linier. Selain itu pula noise yang masuk turut mengalami penguatan. Sehingga diperoleh data yang tidak dapat digunakan. Selanjutnya pengukuran tegangan Hall dilakukan dengan menggunakan Keithley 2182 nanovoltmeter dan sumber arus pada sensor efek Hall sebesar 100,04 ma diperoleh dari Keithley 2400 Sourcemeter. Tegangan Hall yang dihasilkan kemudian ditampilkan pada PC melalui bantuan perangkat lunak LabView. Data yang kemudian diperoleh berupa nilai set current pada catu daya selama satu menit dimulai dari 0,00 A hingga 5 A dengan kenaikan sebesar 0.1 A (pada sumbu X) dan nilai tegangan Hall yang terukur (pada sumbu Y). Gambar 4.8. kurva perbandingan set arus pada PC dengan tegangan Hall terukur 4-9
Dari gambar terlihat kenaikan arus juga berarti kenaikan tegangan Hall yang dihasilkan. Tangga-tangga yang terlihat menunjukkan pengambilan data lebih dari satu kali untuk setiap nilai arus. Selanjutnya dilakukan eksperimen untuk membuktikan kehadiran efek kuantisasi fluxoid. Eksperimen dilakukan diawali pengisian dewer dengan nitrogen cair. Bahan cincin superkonduktor dengan diameter luar 1.8 cm dan diameter dalam 0.15 inci dicelupkan ke dalamnya. Sementara itu, sensor efek Hall terlebih dulu direkatkan di lubang cincin. Gambar 4.9. hasil eksperimen kuantisasi fluxoid 4-10