LAPORAN PRAKTIKUM

SISTEM PENGUKURAN (TKF 2416)

SP 02

Respon Dinamis Alat Ukur

OLEH :

Muhammad Ihsan Al Hafiz (13/348462/TK/40927)

NAMA ASISTEN PRAKTIKUM:

Heri Hanu Andy

PROGRAM STUDI TEKNIK FISIKA

JURUSAN TEKNIK FISIKA

FAKULTAS TEKNIK UGM

2015

TUJUAN PRAKTIKUM

1. Mahasiswa memahami karakteristik respon dinamis dari sistem pengukuran

menggunakan LM35

2. Mahasiswa mengetahui perbandingan antara respon dinamis suhu naik dan respon

dinamis suhu turun

DASAR TEORI

a. Sensor LM35

Sensor LM35 merupakan salah satu tipe sensor suhu yang terintegrasi dimana output

tegangannya sebanding dengan suhu dalam celcius. Sensor LM35 merupakan besutan dari

perusahaan semikonduktor yaitu texas instrument. Sensor suhu LM35 memiliki kemampuan

untun mendeteksi suhu antara -55 150 derajat celcius. Sensor ini memiliki impedansi yang

rendah,keluaran yang linier, dan kalibrasi yang presisi dan juga user interface ke sirkuit

kontrol yang sangat mudah.

b. Konstanta waktu

Konstanta waktu merupakan salah satu parameter dari karakteristik respon dinamis dari

sistem orde satu. Konstanta waktu akan memengaruhi waktu peluruhan atau penguatan

sehingga menuju keadaan tunak atau steady state. Semakin kecil konstanta waktu maka

waktu untuk menuju keadaan tunak sistem pengukuran akan semakin cepat. Jika konstanta

waktu besar maka waktu untuk menuju keadaan tunak sistem pengukuran akan semakin

lama.

c. Rankaian alat ukur

Source Code program pengukuran suhu dengan Arduino :

HASIL PRAKTIKUM

Tabel hasil praktikum

waktu suhu dingin-panas suhu panas-dingin

5 24,93 56,7

10 25,42 56,21

15 26,39 55,72

20 26,39 54,74

25 26,88 54,25

30 27,86 54,25

35 28,84 54,74

40 29,33 53,76

45 29,81 52,79

50 30,79 52,79

55 31,77 54,25

60 31,77 54,74

65 32,75 55,23

70 33,72 55,72

75 35,19 55,72

80 36,17 54,74

85 36,66 53,27

90 37,63 53,3

95 39,1 51,81

100 40,57 51,81

105 41,54 51,81

110 42,52 50,83

115 43,01 50,83

120 43,5 51,32

125 43,99 50,83

130 43,5 50,34

135 45,45 49,36

140 47,41 49,36

145 47,41 49,85

150 46,92 50,34

155 46,92 49,36

160 47,41 48,39

165 46,92 48,88

170 46,43 48,88

175 45,94 48,39

180 46,92 47,41

185 48,39 47,41

190 48,39 47,41

195 48,88 47,9

200 49,85 47,9

205 50,83 47,41

210 51,32 47,41

215 51,81 47,41

220 52,79 46,92

225 53,76 46,43

230 54,25 46,92

235 54,74 46,43

240 54,74 45,94

245 55,23 44,48

250 56,21 44,48

255 56,21 44,48

260 56,70 44,48

265 57,18 44,97

270 57,18 43,1

275 58,16 42,03

280 57,67 42,03

285 57,67 42,52

290 56,21 42,03

295 56,70 42,03

300 57,63 42,03

305 57,76 41,54

310 57,89 40,57

315 58,03 40,08

320 58,16 40,57

325 58,29 40,57

330 58,43 39,59

335 58,56 39,1

340 58,69 39,1

345 58,83 38,61

350 38,61

355 38,12

360 38,12

365 39,1

370 39,59

375 39,1

380 38,61

385 38,12

390 38,12

395 38,61

400 38,12

405 37,63

410 38,12

415 37,63

420 36,66

425 36,17

430 36,17

435 36,66

440 36,17

445 35,68

450 35,19

455 35,19

460 35,19

465 34,21

470 34,21

475 34,21

480 34,21

485 34,7

490 34,21

495 34,7

500 35,19

505 35,19

510 35,19

515 34,7

520 34,7

525 34,7

530 34,7

535 34,21

540 33,72

545 33,72

550 34,21

555 33,72

560 33,72

565 34,21

570 34,21

575 34,21

580 34,21

585 33,24

590 33,24

595 33,72

600 33,72

605 33,72

610 33,24

615 33,72

620 33,24

625 32,75

630 32,75

635 32,75

640 32,75

645 32,26

650 31,77

655 31,77

660 32,26

665 32,26

670 31,77

675 31,28

680 31,28

685 31,77

690 31,77

695 31,77

700 31,77

705 31,77

710 32,26

715 32,26

720 31,77

725 31,77

730 31,77

735 31,28

740 31,28

745 30,79

750 31,28

755 31,28

760 31,28

765 31,77

770 31,28

775 31,28

780 31,77

785 31,28

790 31,28

795 31,28

800 30,79

805 29,81

810 29,81

815 29,81

820 29,81

Grafik suhu naik

Grafik suhu turun

0

10

20

30

40

50

60

705

20

35

50

65

80

95

11

0

12

5

14

0

15

5

17

0

18

5

20

0

21

5

23

0

24

5

26

0

27

5

29

0

30

5

32

0

33

5

Suh

u (

celc

ius)

Waktu (sekon)

suhu naik

suhu naik

0

10

20

30

40

50

60

5

40

75

11

0

14

5

18

0

21

5

25

0

28

5

32

0

35

5

39

0

42

5

46

0

49

5

53

0

56

5

60

0

63

5

67

0

70

5

74

0

77

5

81

0

suh

u (

celc

ius)

Waktu (sekon)

Suhu turun

Suhu turun

PEMBAHASAN

Pada praktikum kali ini, mahasiswa akan membuat sistem pengukuran yang

digunakan untuk mengukur suhu. Sumber panas atau sumber suhu yang digunakan adalah

berasal dari setrika listrik. Tujuan dari praktikum kali ini adalah mengetahui karakteristik

respon dinamis dari pengukuran suhu yang berasal dari setrika. Dalam sistem pengukuran ini

digunakan sensor suhu yaitu LM35 buatan dari Texas Instrument. Sensor suhu LM35

memiliki kemampuan untuk mendeteksi suhu dari kisaran -55 sampai 150 derajat celcius.

Dengan error yang sangat kecil yaitu sekitar rata-rata 0,4 derajat celcius. Dalam sistem

pengukuran ini diperlukan juga komponen tambahan yang diperlukan adalah resistor 10k

ohm. Konfigurasi dari sensor suhu LM35 yang bertipe TO-92 plastic package adalah resistor

disambungkan dengan kaki Vout dan Ground. Dalam sistem pengukuran ini digunakan

device Arduino Uno yang berfungsi untuk mengolah hasil sistem pengukuran untuk

ditampilkan di display. Elemen penampil pada sistem pengukuran ini adalah layar komputer.

Jadi sensor suhu yang telah dikonfigurasi disambungkan dengan Arduino Uno . kemudian

Arduino disambungkan langsung ke komputer. Dengan program yang dibuat dan diunggah ke

Arduino, Arduino dapat digunakan sebagai penunjang sistem pengukuran ini. Cacah waktu

yang digunakan dalam sistem pengukuran ini adalah 5 detik, yang berarti setiap jeda lima

detik data suhu ditampilkan di layar komputer. Kelebihan sistem pengukuran menggunakan

Arduino ini adalah hasil yang ditampilkan pasti dan tidak terlalu fluktuatif seperti jika diukur

dengan multimeter. Namun hasil sistem pengukuran ini memang sangat dipengaruhi oleh

kondisi sensor dan lingkungan sekitar. Dalam praktikum ini akan dicari konstanta waktu yang

merupakan salah satu karakteristik dari respon dinamis sistem pengukuran. Konstanta waktu

merupakan karakteristik dari sistem pengukuran orde satu.

Pada percobaan yang pertama ini dilakukan pengukuran suhu dari keadaan setrika

dingin menjadi panas. Jadi yang akan diamati adalah respon kenaikan suhu setrika. Namun

dalam percobaan ini sensor suhu LM35 tidak ditempelkan secara langsung ke muka setrika

listrik. Sensor LM35 hanya diletakkan didekat muka setrika. Hal ini dimaksudkan agar panas

dari setrika listrik tidak merusak komponen dari sensor suhu LM35. Dalam pengukuran yang

pertama ini, kondisi ruangan adalah ber-AC dengan suhu yang fluktuatif antara 23-24 derajat

celcius. Setelah posisi sensor suhu LM35 sudah diset pada keadaan yang steady di dekat

muka setrika, setrika mulai dinyalakan dan sistem pengukuran mulai dijalankan. Mahasiswa

melakukan cacah suhu selama 5 detik satuan. Pengaturan cacah ini diset didalam program

yang diunggah ke Arduino. Setiap 5 detik sekali hasil suhu ditampilkan dilayar komputer,

dan mahasiswa mulai mencatatnya kedalam program microsoft excel. Suhu perlahan mulai

naik dari 5 detik awal yaitu 24,93 derajat celcius, naik ke 25,43 derajat celcius, dan naik

kembali ke 26,39 derajat celcius dan seterusnya. Suhu didekat muka setrika akan terus naik

setiap detiknya. Suhu ini naik dan akan ditunggu hingga suhu didekat muka setrika menjadi

steady state. Setrika listrik ini memang jenis setrika listrik yang otomatis menjadi steady pada

suhu yang sudah diset diawal. Pengukuran dilanjutkan sampai dengan detik ke 335 atau 5

menit 35 detik sampai detik ke 345 sekon. Pada waktu tersebut suhu didekat muka setrika

sudah mulai konstan atau berada dalam keadaan steady state pada suhu 58 derajat celcius.

Kenaikan suhu di dekat muka setrika terjadi seakan linier dan eksponensial. Namun tentu saja

nilainya fluktuatif naik turun. Jika kita menganggap grafik tersebut merupakan fungsi

eksponensial maka eksponensialnya sangat landai hampir mendekati linier. Dalam sistem

pengukuran ini, kita dapat mengetahui karakteristiknya dari konstanta waktu. Konstanta

waktu ini nanti yang akan menjadi parameter karakteristiknya.

Perhitungan konstanta waktu pada grafik suhu naik yaitu sebagai berikut

Diketahui nilai konstan suhu pada grafik suhu naik yaitu 57,9C, suhu tersebut merupakan

rata-rata suhu akhir yang masih berfluktuasi. Dan diketahui konstanta waktu adalah kondisi

63,2% dari kondisi tunak (steady state). Jadi

( )

( )

Dengan begitu didapatkan

Nilai konstanta waktunya adalah sekitar 85, nilai ini adalah nilai pembulatan agar lebih

mudah dianalisis. Nilai konstanta waktu ini yang akan mempengaruhi bentuk grafik atau

kecepatan menuju steadynya. Konstanta waktu pada sistem pengukuran orde pertama

mempengaruhi cepatnya sistem menuju keadaan tunaknya atau steady state. Dalam hal ini

nilai konstanta waktunya lumayan besar sehingga waktu untuk menuju keadaan tunaknya

menjadi lama. Sehingga seakan-akan grafiknya kebetulan terlihat seperti linier. Ketika nilai

konstanta waktu ini lebih kecil maka keamampuan untuk menuju steadynya akan lebih cepat.

Pada percobaan yang kedua adalah mengukur suhu dari keadaan setrika listrik yang panas ke

keadaan dingin. Dalam hal ini pengaturan sistem pengukurannya tetap sama seperti

percobaan pertama. Dalam percobaan kali ini, setrika ketika berada dalam keadaan suhu

steady nya saklarnya dilepas dan otomatis suhu akan turun. Nilai suhu awal didepat muka

setrika yang memiliki suhu steady adalah 56,7 derajat celcius. Suhu awal yang tinggi ini

ketika colokan setrika dicabut maka suhunya akan berangsur-angsur turun. Namun penurunan

suhu pada setrika ini tidak terjadi secara signifikan. Jika dibandingkan dengan kecepatan

kenaikan suhu pada percobaan awal, kecepatan suhu naik lebih cepat dibandingkan kecepatan

suhu turun pada setrika. Akibatnya waktu tunggu untuk mencapai keadaan suhu steady nya

sangat lama, lebih lama dibandingkan pada percobaan awal. Pada percobaan kedua ini suhu

tidak langsung turun setiap lima detik, suhu cenderung akan sama pada 10-15 detik kemudian

turun. Bahkan adapula keadaan dimana suhu akan naik kembali satu tingkat satuan. Hal

tersebut dikarenakan didalam setrika sendiri mempunyai komponen kapasitor yang memang

fungsinya menyimpan energi listrik. Ketika setrika teraliri listrik pada kapasitor akan diisi

oleh energi listrik. Dan ketika suplai energi listrik dihentikan pada setrika maka, kapasitor

secara berangsur-angsur akan membuang energi yang tersimpan padanya, dan akan

terwujudkan pada terjaganya panas yang lama dari setrika. Hal ini tentu saja akan

mempengaruhi sistem pengukuran yang terjadi. Sistem pengukuran akan menjadi lebih lama

dibandingkan sebelumnya.

Sistem pengukuran pada percobaan kali ini juga dapat diprediksi ada kesalahan karena

suhunya turun secara lambat sekali, kemungkinan kesalahan ada pada komponen sensor suhu

LM35 yang sudah dalam keadaan panas dari awalnya. Karena percobaan dilakukan setelah

percobaan pertama, otomatis komponen material dari sensor suhu sudah terpanasi selama

beberapa waktu, ketika langsung dilakukan percobaan kedua, otomatis pendinginan tidak

hanya terjadi pada setrika, namun terjadi pula pada sensor suhu. Kemungkinan proses

pendinginan keduanya ini yang mengakibatkan suhu turun secara lambat. Suhu akhir pada

pengukuran kedua pun bukan merupakan suhu lingkungan yang sebesar 24 derajat celcius,

tapi merupakan suhu yang dianggap sudah lebih stabil yaitu 29 derajat celcius. Alasan

menghentikan proses pengukuran karena keterbatasan waktu dari proses praktikum itu

sendiri. Dalam pengukuran penurunan suhu ini juga terdapat parameter karakteristik respon

dinamis, yang terlambangkan oleh konstanta waktu.

Perhitungan konstanta waktu pada grafik suhu turun ditentukan berdasarkan persamaan

berikut

Dimana jika kita ambil sedikit sampel yang berada pada kondisi linier yaitu

( )

( )

Konstanta waktu yang didapat yaitu nilainya 22,72 . nilai ini diambil dari pengambilan

sampel yang dianggap linier pada hasil pengukuran. Nilai konstanta waktu untuk percobaan

pertama dan kedua dihitung dengan cara yang berbeda karena memang berbeda proses

pengukurannya. Pada percobaan kedua ini percobaan pengukuran dilakukan untuk melihat

peluruhan suhu bukan kenaikan suhunya. Pada konstanta waktu ini, semakin kecil konstanta

waktu maka akan semakin cepat meluruh, namun semakin besar kontanta waktunya maka

akan semakin lama meluruhnya. Untuk mendesain suatu sistem kita harus melihat bagaimana

permintaan desain, sehingga kita bisa menyesuaikan parameter konstanta waktu ini.

KESIMPULAN

1. Respon dinamis sistem pengukuran orde satu akan dipengaruhi oleh salah satunya

parameter konstanta waktu

2. Konstanta waktu akan mempengaruhi cepat atau lambatnya waktu menuju keadaan

tunaknya atau keadaan steady. Semakin kecil konstanta waktu maka akan semakin

cepat menuju keadaan steady dan sebaliknya.