perancangan sensor kelembaban ... abstrak - kelembaban merupakan salah satu variabel yang sangat...

1

Abstrak - Kelembaban merupakan salah satu variabel

yang sangat berpengaruh terhadap berbagai proses yang

terjadi di alam. Untuk menyelesaikan masalah kelembaban

digunakan alat ukur kelembaban yaitu salah satunya

higrometer, namun hygrometer mempunyai kelemahan mudah

terinterferensi dengan gelombang elektromagnetik. Oleh

sebab itu dibutuhkan alternatif lain untuk mengukur

kelembaban ini yaitu sensor kelembaban menggunakan serat

optik yang tidak terinterferensi dengan gelombang

elektromagnetik, dan dapat digunakan pada jarak jauh. Pada

penelitian ini telah berhasil dibuat sensor kelembaban

menggunakan serat optik dengan cladding gelatin+CoCl2

melalui proses sol-gel. Sensor kelembaban serat optik yang

telah dibuat ada 3 jenis ukuran panjang cladding

gelatin+CoCl2 yang dibuat berbeda-beda yaitu 2, 3, dan 4cm.

Setelah dilakukan pengukuran sensor kelembaban

menggunakan serat optik dengan cladding gelatin+CoCl2

didapatkan sensor kelembaban yang paling sensitif dan baik

terdapat pada panjang kupasan cladding 4 cm dengan respon

terbaik pada rentang kelembaban 87%-93%RH dan dengan

nilai korelasi sebesar 0,96. Hal ini dibuktikan bahwa pada

panjang kupasan cladding 4 cm mempunyai nilai resolusi

tinggi yaitu 0,19, nilai sensitivitas terbesar yaitu

5,17mv/%RH, nilai linearitas terbesar yaitu 0,96, nilai eror

yang paling kecil yaitu 4,06%. Pada panjang kupasan

cladding 4 cm lebih sensitif dikarenakan tebal lapisan

gelatin+CoCl2 untuk panjang 4 cm lebih tipis yaitu 10µm

dibandingkan dengan tebal lapisan untuk panjang 2 cm yaitu

30µm dan tebal lapisan untuk panjang 3 cm yaitu 20µm.

Sensitivitas sensor juga dipengaruhi oleh ketebalan lapisan

cladding gelatin+CoCl2. Jika lapisan semakin tipis, maka

sensitivitas semakin baik.

Kata kunci : RH (Humidity Relative), Linearitas, Sensitivitas.

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Kelembaban adalah ukuran jumlah uap air di udara.

Jumlah uap air mempengaruhi proses-proses fisika, kimia dan

biologi di alam, oleh karena itu akan mempengaruhi

kenyamanan manusia begitupun terhadap lingkungan. Jika

besarnya kandungan uap air melebihi atau kurang dari

kebutuhan yang diperlukan, maka akan menimbulkan

gangguan dan kerusakan. Sebagai contoh, bahan makanan dan

obat-obatan yang disimpan dalam gudang penyimpanan

memerlukan kondisi kelembaban tertentu agar tidak cepat

rusak[1]

. Saat ini banyak alat ukur kelembaban yang telah

dikembangkan. Peralatan elektronik juga menjadi mudah

berkarat jika udara disekitarnya memiliki kelembaban yang

cukup tinggi. Oleh karena itu, informasi mengenai

kelembaban udara pada suatu area tertentu menjadi sesuatu hal

yang penting untuk diketahui karena menyangkut efek-efek

yang ditimbulkannya. Informasi mengenai nilai kelembaban

udara diperoleh dari proses pengukuran. Alat yang biasanya

digunakan untuk mengukur kelembaban udara adalah

higrometer.

Seiring dengan perkembangan kebutuhan akan

kecepatan, keakuratan, dan ketelitian hasil pengukuran yang

lebih tinggi maka mutlak diperlukan pengembangan alat ukur

baru. Sehubungan dengan hal itu, berbagai teknik dan material

telah dikembangkan sebagai sensor kelembaban dengan

kekurangan dan kelebihannya masing-masing. Kelemahan dari

sensor yang telah ada dalam perkembangan dunia industri

menuntut semakin dikembangkannya fiber optik sebagai salah

satu sensor. Sehingga serat optik tidak hanya digunakan

sebagai pandu gelombang optik untuk sistem komomunikasi,

tetapi dapat juga dimanfaatkan untuk membuat sensor yang

disebut dengan sensor serat optik[6]

. Oleh karena itu pada

penelitian ini akan dirancang dan dibuat sensor kelembaban

menggunakan serat optik plastic dengan cladding

gelatin+CoCl2. Probe dari sensor dibentuk lurus. Dengan

membuat probe sensor lurus diharapkan hasil yang diperoleh

akan lebih baik dari pada hasil-hasil penelitian sebelumnya

B. Permasalahan

Berdasarkan latar belakang perancangan sensitivitas

sensor kelembaban menggunakan serat optik dengan cladding

gelatin + CoCl2, maka dapat ditentukan permasalahan dalam

tugas akhir ini yaitu :

a. Bagaimana pembuatan rangkaian sensor kelembaban

menggunakan serat optik dengan cladding gelatin+CoCl2?

b. Bagaimana pengaruh panjang cladding gelatin+CoCl2

terhadap sensitivitas sensor kelembaban?

c. Bagaimana mendapatkan sensor kelembaban yang paling

baik diantara panjang cladding gelatin+CoCl2 yang dibuat

berbeda (2, 3, dan 4cm)?.

C. Tujuan

Tujuan yang ingin dicapai dalam tugas akhir ini yaitu untuk

membuat sensor kelembaban menggunakan serat optik dengan

cladding gelatin + CoCl2, untuk mengetahui pengaruh panjang

cladding gelatin + CoCl2 terhadap sensitivitas sensor

kelembaban, dan untuk mendapatkan sensor kelembaban yang

paling baik diantara panjang cladding gelatin+CoCl2 yang

dibuat berbeda (2, 3, dan 4cm).

PERANCANGAN SENSOR KELEMBABAN MENGGUNAKAN

SERAT OPTIK DENGAN CLADDING GELATIN+CoCl2

Vidia Ayu Seta : Dr.Ir. Sekartedjo, M. Sc Department of Engineering Physics, Faculty of Industrial Technology

ITS Surabaya Indonesia 60111, email : [email protected]

2

D. Batasan Masalah

Adapun batasan masalah yang diberikan pada tugas akhir

ini bertujuan untuk menghindari meluasnya permasalahan

yaitu sebagai berikut :

a. Kelembaban yang diukur adalah kelembaban relatif, yaitu

perbandingan jumlah uap air di udara dengan jumlah uap

air jenuh di udara tersebut pada temperatur yang sama.

b. Sumber cahaya yang digunakan adalah LED superbright

berwarna merah dengan panjang gelombang sekitar 632

nm.

c. Fotodetektor yang digunakan adalah LDR.

d. Serat optik plastik jenis single mode.

e. Panjang cladding gelatin (2, 3, dan 4cm).

II. DASAR TEORI

A. Gelatin dan CoCl2 Gelatin berasal dari bahasa latin "gelare" yang berarti

membuat beku (Glicksman 1969). Gelatin adalah salah satu

bahan hidrogel dari polimer alami yang dapat mengalami

pembengkakan (swelling), ketika menyerap air gelatin mampu

menyerap air 5-10 kali bobotnya, membentuk gel pada suhu

35°C-400°C dan larut dalam air panas, serta dapat berubah

secara reversible dari sol ke gel. Gelatin tidak berwarna

(transparan), tidak berbahaya, tidak berasa. Molekul-molekul

gelatin tersusun dari ribuan rantai asam amino. Rantai-rantai

protein tersebut dihubungkan secara “cross-links”(interaksi-

silang), karenanya terdapat lubang (rongga) diantara rantai

yang dapat menahan air[5]

.

Prinsipnya, bahan hidrogel gelatin mengalami

pembengkakan ketika menyerap air sehingga kerapatannya

berkurang yang mengakibatkan sifat optiknya juga berubah,

yaitu nilai indeks bias optiknya berkurang terhadap jumlah air

yang diserap. Polimer seperti gelatin membengkak karena air

mengisi rongga-rongga pada polimer (diameter rongga

membesar), akibatnya akan mengurangi indeks bias polimer,

sehingga indeks bias polimer akan mendekati indeks bias air.

Gelatin memiliki pori yang relative lebih besar dibandingkan

polimer-polimer sintesis. Perubahan sifat optik (indeks bias)

polimer gelatin ketika menyerap uap air dapat dimanfaatkan

sebagai material sensor kelembaban optik. Perubahan nilai

indeks bias gelatin ditentukan oleh jumlah uap air yang

diserap. Seiring dengan pembengkakkan gelatin, kerapatan

gelatin akan berkurang yang berakibat indeks biasnya

mengecil. Perubahan indeks bias gelatin terhadap konsentrasi

uap air yang diserap diberikan oleh persamaan berikut.

(1)

(2)

Dimana nps adalah indeks bias polimer saat swelling, npu

indeks bias sebelum swelling, n H2O indeks bias air, dps

diameter rongga saat swelling, dpu diamater rongga sebelum

swelling, dan f H2O fraksi uap air yang diserap. Perubahan

indeks bias pada cladding akibat swelling menyebabkan

berubahnya sudut kritis pada pemantulan internal total di

dalam inti serat optik (core), akibatnya sebagian energi cahaya

terserap oleh cladding keluar dari inti serat secara

eksponensial sebagai gelombang evanescent. Penyerapan

cahaya yang disebabkan oleh perubahan indeks bias cladding

berpengaruh terhadap besarnya intensitas cahaya yang

transmisikan, besarnya perubahan intensitas cahaya yang

ditransmisikan secara tidak langsung akibat perubahan

kelembaban. Besarnya energi cahaya yang terserap oleh

cladding sebagai gelombang evanescent, dijadikan sebagai

indikasi adanya perubahan kelembaban.

Cobalt Chloride (CoCl2) merupakan senyawa kimia.

Suatu senyawa kimia (sering hanya disebut sebagai senyawa)

adalah zat kimia murni yang terdiri dari dua atau lebih unsur

kimia yang berbeda. Dalam kasus Cobalt Chloride ada dua

unsur kimia yang terlibat - Cobalt (Co) dan dikloro (Cl2).

COCl2, merupakan senyawa menarik yang warna perubahan

dalam menanggapi kelembaban. Seiring dengan peningkatan

kelembaban, klorida perubahan warna kobalt dari langit biru

ke ungu ke merah muda.. perubahan mencolok seperti warna

membuat kobalt klorida berguna sebagai indikator

kelembaban pada instrumen cuaca.

B. Kelembaban

Kelembaban udara adalah jumlah uap air di udara

(atmosfer). Kelembaban tinggi artinya ada banyak uap air di

udara, dan kelembaban rendah berarti hanya sedikit uap air di

udara. Kelembaban udara dapat dinyatakan sebagai

kelembaban absolut dan kelembaban nisbi (relatif).

Kelembaban absolut adalah kandungan uap air (dapat

dinyatakan dengan massa uap air atau tekanannya) persatuan

volume (kg/m3). Kelembaban nisbi (relatif) adalah

perbandingan kandungan (tekanan) uap air aktual dengan

keadaan jenuhnya (g/kg)[4]

.

Kelembaban relatif (Relative Humidity / RH) adalah

istilah yang digunakan untuk menggambarkan jumlah uap air

yang terkandung di dalam campuran air-udara dalam fasa gas.

Kelembaban relatif dari suatu campuran udara-air

didefinisikan sebagai rasio dari tekanan parsial uap air dalam

campuran terhadap tekanan uap jenuh air pada temperatur

tersebut. Kelembaban relatif menggunakan satuan persen dan

dihitung dengan cara berikut :

RH = P (H2O) x100% (3)

P*(H2O)

dimana :

RH adalah kelembaban relatif campuran

P (H2O) adalah tekanan parsial uap air dalam campuran dan

P*( H2O) adalah tekanan uap jenuh air pada temperatur

tersebut dalam campuran.

C. Gelombang Evanescent

Prinsip kerja sensor kelembaban menggunakan serat

optik ini didasarkan pada fenomena absorpsi gelombang

evanescent yang didasarkan pada serapan (atenuasi)

gelombang optik pada cladding. Perubahan nilai indeks bias

cladding gelatin akan menentukan besarnya intensitas cahaya

yang terserap oleh cladding, sehingga juga menentukan

intensitas gelombang optik yang ditransmisikan melalui inti

serat optik

3

Gambar 2.1. Gelombang Evanescent (Akhiruddin Maddu

dkk, 2006).

Fenomena gelombang evanescent diperlihatkan pada Gambar

1. Pada saat cahaya menjalar pada serat optik, sebagian

gelombang terserap ke dalam cladding dan energi gelombang

tersebut menghilang secara eksponensial, gelombang

evanescent diberikan oleh persamaan :

(4)

dimana z adalah jarak penjalaran gelombang cahaya, E0 adalah

medan gelombang mula-mula dan dp disebut penetration depth

yang dirumuskan sebagai :

(5)

Penetration depth (dp) adalah kedalaman gelombang

memasuki cladding dan n adalah rasio indeks cladding

terhadap core, dimana n = (ncladd / ncore). Gelombang cahaya

yang memasuki cladding sepanjang dp akan berkurang secara

eksponensial. Dari persamaan di atas tampak bahwa

kedalaman penetrasi gelombang evanescent bergantung pada

nilai indeks bias cladding relatif terhadap indeks bias inti.

Semakin dalam penetrasi gelombang evanescent semakin kecil

intensitas cahaya yang terpandu (ditransmisikan) melalui serat

optik[1]

.

Jika gelombang evanescent ini diserap oleh spesis-spesis

penyerap di sekitar inti serat optik yang berinteraksi dengan

medium sensing, maka akan menghasilkan fenomena

pelemahan refleksi total (attenuated total reflection) sehingga

daya keluaran serat optik akan menurun. Transmisi daya di

dalam serat optik diberikan oleh hukum Beer-Lambert

termodifikasi yang diberikan oleh

P(l) = Po exp (-γl) (6)

Dimana l adalah panjang bagian serat optik yang tidak ada

cladding, Po adalah daya yang ditransmisikan melalui serat

optik tanpa adanya sepsis penyerap, dan γ adalah koefisien

absorpsi gelombang evanescent. Karena γ = f α, maka

persamaan diatas dapat ditulis sebagai

P(l) = Po exp (-fαl) (7)

dimana f adalah fungsi daya yang ditransmisikan melalui

cladding dan α adalah koefisien absorpsi bulk[1]

.

III. METODOLOGI PENELITIAN

A. Alat dan Bahan

Adapun peralatan dan bahan-bahan yang dipergunakan

dalam pengerjaan tugas akhir ini adalah sebagai berikut ::

• LED (Light Emiting Diode)

• Power supply (adaptor) 5 volt dan 9 volt

• Rangkaian Devider (Pembagi Tegangan)

• Hygrometer

• Magnetik stirer

• LDR

• Multimeter

• Gelas kimia

• Termometer

• Serat optik plastik

• Alkohol

• Serbuk Gelatin

• Serbuk CoCl2

3.2 Langkah Pengerjaan

Berdasarkan proses penelitian yang dilakukan terdapat

tahapan pengerjaan secara rinci dapat dilihat pada gambar 3.1

Gambar 3.1 Diagram alir penelitian

Terdapat beberapa tahapan yang dilakukan dalam

penelitian ini untuk pembuatan device (hardware) sistem

monitoring kelembaban menggunakan serat optik plastik

sebagai media transmisi dan sebagai sensor, secara rinci dapat

dilihat pada diagram blok rancangan pembuatan sistem

monitoring berikut ini :

4

Gambar 3.2 Pembuatan Rangkaian Sensor Serat Optik Untuk

Mengukur Kelembaban

Berikut ini adalah langkah-langkah pembuatan sistem

transmisi data menggunakan serat optik plastik :

a. Rangkaian adaptor dengan tegangan output 5 volt

dihubungkan ke dalam LED agar dapat menyalakan lampu

LED superbright merah dengan range kerja tegangan 1,8

Volt – 2,1 Volt.

b. LED dicoupling dengan serat optik plastik menuju ke

dalam humidity chamber yang didalamnya terdapat sensor

kelembaban menggunakan serat optik dan humidity sensor.

Kemudian serat optik plastik dikopling lagi ke LDR.

c. Tegangan keluaran dari LDR dimasukkan ke dalam

rangkaian devider untuk selanjutnya ditampilkan oleh

multimeter yang keluarannya berupa tegangan.

Sesuai diagram blok diatas, semua komponen dirangkai

seperti gambar 3.3 berikut ini :

Gambar 3.3 Rangkaian Pengujian Respon Sensor

Kelembaban

Setelah hardware disusun seperti pada gambar 3.3,

kemudian dilakukan pengukuran sensor kelembaban

menggunakan serat optik plastik dengan cladding gelatin +

CoCl2 dengan panjang yang berbeda yaitu 2, 3, dan 4 cm.

Berikut ini adalah langkah-langkahnya:

1. Serat optik plastik dengan cladding gelatin + CoCl2 untuk

panjang 2 cm diletakkan di dalam chamber.

2. Nyalakan power supply dan ukur %RH awal kemudian

%RH diturunkan mulai 70% sampai 65%, setelah itu

dialiri uap air panas yang berasal dari heater melalui pipa

ke chamber hingga RH 94%.

3. Tegangan keluaran (Voutput) dari LDR yang ditampilkan

oleh multimeter dicatat dalam tabel.

Ulangi langkah-langkah diatas untuk panjang cladding gelatin

+ CoCl2 yang lain.

IV. ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

A. Hasil pengukuran sensor kelembaban menggunakan

serat optik dengan cladding gelatin+CoCl2 untuk

panjang 2 cm.

Gambar 4.1 Grafik hubungan antara RH (%) terhadap

tegangan (miliVolt) pada panjang kupasan

cladding 2 cm.

Berdasarkan gambar 4.1 dapat dilihat bahwa sensor

dengan panjang kupasan cladding 2 cm memiliki respon linear

untuk kenaikan RH dengan tegangan dengan tingkat korelasi

antara hasil nilai pengukuran dengan nilai sebenarnya sebesar

0,957. Pada gambar grafik 4.1 terlihat lingkaran warna hitam

yang menunjukkan overshoot dan anak panah pada gambar

menujukkan bahwa overshoot ini terjadi pada RH 72% dengan

tegangan 453 mV sampai RH 73% dengan tegangan 480 mV.

Perubahan tegangan yang terjadi antara 453 mV dan 480 mV

sebesar 27 mV. Hal ini dikarenakan bahwa pada RH 72%

sampai 73%, uap air dari heater mulai masuk ke dalam

chamber sehingga pori-pori gelatin terisi uap air yang

mengakibatkan gelatin mengalami swelling. Hal ini sesuai

dengan karakteristik dari gelatin.

B. Hasil pengukuran sensor kelembaban menggunakan


panjang 3 cm.



cladding 3 cm.

5





0,961. Pada gambar 4.2 terlihat lingkaran warna merah yang

menunjukkan overshoot dan anak panah pada gambar




sebesar 11 mV. Pada panjang kupasan cladding 3 cm,

overshoot yang terjadi kecil yaitu sebesar 11 mV, jika

dibandingkan dengan panjang kupasan cladding 2 cm dan 4

cm yang memiliki beda tegangan sebesar 27 mV. Hal ini

dikarenakan tiap panjang kupasan cladding memiliki respon

yang berbeda-beda juga.

C. Hasil pengukuran sensor kelembaban menggunakan


panjang 4 cm



cladding 4 cm.





0,968. Pada gambar 4.3 terlihat lingkaran warna hijau yang

menunjukkan overshoot dan anak panah pada gambar




sebesar 27 mV. Pada panjang kupasan cladding 4 cm,

overshoot yang terjadi sama seperti pada panjang kupasan

cladding 2 cm yaitu perubahan tegangan yang terjadi sebesar

27 mV. Tetapi hasil penunjukkan tegangan antara panjang

kupasan cladding 2 cm dan 4 cm berbeda, yaitu pada RH

72%-73%, panjang kupasan cladding 2 cm menghasilkan

tegangan 398 mV-409 mV sedangkan panjang kupasan

cladding 4 cm menghasilkan tegangan 342 mV- 369 mV. Hal

ini dikarenakan tiap panjang kupasan cladding memiliki

respon yang berbeda-beda.

D. Perbandingan antara hasil pengukuran sensor

kelembaban menggunakan serat optik dengan cladding

gelatin + cocl2 untuk panjang 2, 3, dan 4 cm. Untuk mengetahui perbedaan tiap panjang cladding

terhadap sensitivitas sensor kelembaban menggunakan serat

optik, maka dibuat grafik hubungan antara RH (%) dengan

tegangan (miliVolt). Tanda anak panah pada gambar 4.4

menunjukkan perbedaan range dan span dari tiap-tiap panjang

cladding. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar

grafik 4.4.

Grafik 4.4 Hasil perbandingan antara RH (%) terhadap

tegangan (miliVolt) dengan cladding

gelatin+CoCl2 untuk panjang 2, 3, dan 4 cm.

Berdasarkan gambar 4.4 dapat dilihat bahwa adanya

perbedaan dari ketiga sampel panjang cladding gelatin+CoCl2

untuk 2, 3, dan 4cm. Pada panjang kupasan cladding 2 cm

paling sensitif daripada panjang cladding 3cm dan 4 cm

karena pada panjang kupasan cladding 2 cm, perubahan antara

∆x (perubahan kenaikan RH) dan ∆y (perubahan kenaikan

tegangan) paling besar jika dibandingkan dengan panjang

kupasan cladding yang lainnya. Namun linearitas yang paling

baik terdapat pada panjang kupasan cladding 3 cm dengan

nilai korelasi 0,961, Jika niai korelasi mendekati nilai 1 maka

sensor tersebut dapat bekerja dengan sangat baik dan range

untuk panjang kupasan cladding 3 cm paling besar, yaitu 80%-

93% dengan span sebesar 13 %.

E. Perhitungan Karakteristik Sensor Kelembaban

Karakteristik dalam suatu sensor pengukuran sangat

penting untuk ditampilkan yaitu untuk mengetahui

performansi atau kinerja dari sensor tersebut. Berikut ini

adalah perhitungan karakteristik sensor kelembaban

menggunakan serat optik plastik sebagai media transmisi data

:

a. Range

Range menunjukkan daerah kerja elemen sistem

pengukuran. Range/Jangkauan dapat dibedakan menjadi

dua, yaitu range input dan range output. Range input

merupakan daerah antara Input Minimum hingga Input

Maksimum, sedangakn Range Output merupakan daerah

antara Output Minimum hingga Output Maksimum.

6

Berikut ini tabel range untuk tiap-tiap panjang kupasan

cladding :

Tabel 4.1 Range tiap-tiap panjang kupasan cladding

Panjang Kupasan

Cladding

Range

(input)

Range

(output)

2 cm 88-93% 531-568 mV

3 cm 80-93% 420-457 mV

4 cm 87-90% 419-467 mV

Jadi range sensor yang paling lebar yaitu pada panjang

kupasan cladding 3 cm.

.

b. Span

Span merupakan selisih nilai dari daerah antara input

minimum hingga input maksimum atau output minimum

hingga output maksimum dan dapat diketahui dari nilai

Imax – I min atau Omax – Omin. Berikut ini tabel span untuk

tiap-tiap panjang kupasan cladding :

Tabel 4.2 Span tiap-tiap panjang kupasan cladding

Panjang Kupasan

Cladding

Span

(input)

Span

(output)

2 cm 5% 37 mV

3 cm 13% 37 mV

4 cm 3% 48 mV

Jadi span sensor yang paling besar yaitu pada panjang kupasan

cladding 3 cm dengan RH 13%

.

c. Resolusi

Resolusi merupakan perubahan terkecil pada Input, tanpa

memperhatikan perubahan pada Output.

Resolusi = x 100%

Berikut ini tabel resolusi untuk tiap-tiap panjang kupasan

cladding :

Tabel 4.3 Resolusi tiap-tiap panjang kupasan cladding.

Panjang Kupasan

Cladding

Resolusi

2 cm 0,21

3 cm 0,32

4 cm 0,19

d. Sensitivitas

Sensitivitas merupakan laju perubahan O dengan

bergantung terhadap I dan dapat dituliskan dalam bentuk

berikut ini :

m = dO/dI

Berikut ini tabel resolusi untuk tiap-tiap panjang kupasan

cladding :

Tabel 4.4 Sensitivitas tiap-tiap panjang kupasan cladding

Panjang Kupasan

Cladding

Sensitivitas

(mV/RH)

2 cm 4,61

3 cm 3,04

4 cm 5,16

e. Linearitas

Linearitas merupakan hubungan yang menyatakan sifat

kelinearitasan dari input dan output. Berikut ini tabel

linearitas untuk tiap-tiap panjang kupasan cladding :

Tabel 4.5 Linearitas tiap-tiap panjang kupasan cladding

Panjang Kupasan

Cladding

Linearitas

2 cm 0,95

3 cm 0,96

4 cm 0,96

f. Eror

Eror adalah perbedaan nilai hasil pengukuran dengan nilai

hasil sebenarnya. Berikut ini tabel eror untuk tiap-tiap

panjang kupasan cladding :

Tabel 4.6 Eror tiap-tiap panjang kupasan cladding

Panjang Kupasan

Cladding

Eror

(%)

2 cm 4,77

3 cm 4,57

4 cm 4,06

F. Pembahasan

Sensor kelembaban menggunakan serat optik plastik

pada cladding berbahan gelatin+CoCl2 ini sangat sensitif

terhadap perubahan kelembaban udara. Bahan gelatin dan

CoCl2 ini mempunyai persamaan sifat yaitu higroskopi (sifat

bahan yang mampu menyerap air). Ketika jumlah uap air

didalam chamber meningkat maka kelembaban udara juga

akan meningkat. Jika semakin banyak uap air yang diserap

oleh lapisan gelatin+ CoCl2, maka kerapatan lapisan tersebut

akan semakin berkurang atau merenggang yang menyebabkan

indeks bias lapisan gelatin+CoCl2 semakin besar. Sehingga

loss pada sensor kelembaban yang menggunakan serat optik

semakin besar yang berakibat intensitas yang dihasilkan

semakin kecil. Jadi hambatan di LDR semakin besar dan

tegangan yang dihasilkan juga semakin besar. Berdasarkan

teori tersebut, jika dibandingkan dengan hasil pengukuran

sensor kelembaban yang menggunakan serat optik ini sangat

cocok. Hal ini dibuktikan dengan persamaan berikut ini :

Dari persamaan diatas dapat dianalisis, jika loss (dp)

semakin besar maka ncladding juga semakin besar. Berdasarkan

grafik 4.4 dapat dilihat bahwa dari ketiga kurva tersebut

mengalami kenaikan kurva tidak begitu linear untuk tiap

kenaikan %RH dan kenaikan tegangan, selain itu dari ketiga

kurva tersebut terjadi overshoot pada 72%-73%RH. Hal ini

dikarenakan bahwa pada 72%-73%RH, uap air dari heater

mulai masuk ke dalam chamber sehingga pori-pori gelatin

terisi uap air yang mengakibatkan gelatin mengalami swelling.

Hal ini sesuai dengan karakteristik dari gelatin. Untuk tiap

panjang kupasan cladding dengan rentang pengukuran 65%-

94%RH memiliki rentang daerah sensitif berbeda-beda. Hal

ini dapat dilihat pada tabel 4.5.1 yang menunjukkan bahwa

untuk panjang kupasan cladding 3 cm memiliki daerah rentang

sensitivitas yang paling lebar yaitu 80%-93% dengan nilai

7

korelasi sebesar 0,96. Jika dibandingkan dengan penelitian

sebelumnya, dengan judul “Pengembangan Probe Sensor

Kelembaban Serat Optik Dengan Cladding Gelatin” dengan

range 42%-99%RH memiliki respon terbaik pada range 60%-

72%RH dengan nilai korelasi sebesar 0,83. Hal ini berarti,

sensor kelembaban yang menggunakan serat optik dengan

cladding gelatin+CoCl2 lebih baik daripada sensor

kelembaban dengan cladding gelatin. Sehingga cladding yang

ditambahi dengan bahan CoCl2 dapat meningkatkan

sensitivitas untuk sensor kelembaban.

Sensor kelembaban yang paling sensitif dan bagus

terdapat pada panjang kupasan cladding 4 cm. Hal ini

dibuktikan pada tabel 4.5.3 menunjukkan bahwa nilai resolusi

yang paling kecil terdapat pada panjang kupasan cladding 4

cm yaitu 0,19 RH. Tabel 4.5.4 menunjukkan bahwa nilai

sensitivitas yang paling besar terdapat pada panjang kupasan

cladding 4 cm yaitu 5,16mv/%RH. Tabel 4.5.5 menunjukkan

bahwa nilai linearitas yang paling besar terdapat pada panjang

kupasan cladding 4 cm yaitu 0,96. Pada tabel 4.5.6

menunjukkan bahwa nilai eror yang paling kecil terdapat pada

panjang kupasan cladding 4 cm yaitu 4,06%. Pada panjang

kupasan cladding 4 cm lebih sensitif dikarenakan tebal lapisan

gelatin+CoCl2 untuk panjang 4 cm lebih tipis yaitu 10µm

dibandingkan dengan tebal lapisan untuk panjang 2 cm yaitu

30µm dan tebal lapisan untuk panjang 3 cm yaitu 20µm.

Sensitivitas sensor juga dipengaruhi oleh ketebalan lapisan

cladding gelatin+CoCl2. Jika lapisan semakin tipis, maka

sensitivitas semakin baik.

V. KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan dapat

diamati hubungan antara RH dengan tegangan keluaran

detektor, dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut :

• Lapisan cladding gelatin+CoCl2 dapat diaplikasikan

sebagai elemen sensor kelembaban, karena sifat optik

gelatin+CoCl2 yang sensitif terhadap uap air

disamping dapat merespon perubahan kelembaban

udara dari 65%-94%RH.

• Semakin panjang cladding gelatin+CoCl2, maka

semakin besar loss yang ditimbulkan, namun jika

tebal lapisan semakin tipis, maka sensitivitas sensor

kelembaban semakin tinggi.

• Dari ketiga jenis ukuran panjang cladding

gelatin+CoCl2 (2, 3, dan 4 cm) didapatkan bahwa

pada panjang cladding 4 cm merupakan sensor yang

paling baik daripada panjang cladding 2cm dan 4cm

dengan respon terbaik pada rentang kelembaban

87%- 93%RH, dengan nilai korelasi sebesar 0,96.

B. Saran

Saran yang bisa disampaikan untuk mengembangkan

penelitian ini adalah :

• Dilakukan perancangan sensor kelembaban

menggunakan serat optik plastik pada cladding

gelatin + CoCl2 dengan jumlah sampel ukuran

panjang cladding yang lebih banyak, agar didapatkan

hasil yang lebih baik

VI. DAFTAR PUSTAKA

[[1] Akhiruddin Maddu dkk, 2006. Pengembangan Probe

Sensor Kelembaban Serat Optik Dengan Cladding

Gelatin, 45-50.

[2] Anu Vijayan et al, 2008. Optical Fiber Based Humidity

Sensor Using Co-Polyaniline Clad. University Of Pune

: India.

[3] B. D. Gupta et al, 2001. A Novel Probe For A Fiber

Optic Humidity Sensor. Indian Institute Of Technology

Delhi : India.

[4] Bentley, John P, 1995. Principles Of Measurement

Systems 3rd edition. Prentice Hall : USA.

[5] CoCl2. www.wikipedia.org, 2 juni 2011

[6] Dimas Yoga M, 2011. Rancang Bangun Sistem

Transmisi Data Menggunakan Serat Optik Plastik

Untuk Pengukuran Suhu. ITS : Surabaya.

[7] Francisco J. Arregui et al, 2003. An Experimental Study

About Hydrogels For The Fabrication Of Optical

Fiber Humidity Sensors. Spain.

[8] Gelatin. www.wikipedia.org, 6 Juni 2011

[9] Higrometer. www.wikipedia.org, 18 februari 2011

[10] Kelembaban Relatif. www.wikipedia.org, 10 April 2010

[11] Keiser, Gerd, 1991. Optical Fiber Communication.

McGraw-Hill Book : Singapore.

[12] LED. www.wikipedia.org, Februari 2011

[13] LDR. www.wikipedia.org, 20 Oktober 2010

[14] M. Chaplin, 2003. Gelatin. www.wikipedia.org.

[15] Sunil K. Khijwania et al, 2005. An Evanescent Wave

Optical Fiber Relative Humidity Sensor With

Enhanced Sensitivity. Mississippi State University :

USA.

[16] Shinzo Muto, 2003. A Plastic Optical Fiber Sensor For

Real-Time Humidity Monitoring. University Of

Yamanashi : Japan.

[17] T. L. Yeo et al, 2008. Fiber Optic Sensor Technologies

For Humidity And Moisture Measurement. City

University : London

[18] Widyana, 2010. Perancangan Sensor Serat Optik

untuk Pengukuran Pergeseran Obyek dalam

Orde Mikrometer Menggunakan Serat Optik

Multimode. ITS : Surabaya.

Biodata Penulis:

Nama : Vidia Ayu Seta

NRP : 2407 100 036

TTL : Nganjuk, 12 Juli 1989

Alamat : Jl. Keputih Perintis 1A No 4

Surabaya

Riwayat Pendidikan:

SDN Ganung Kidul I Nganjuk

(1996-2001)

SMP Negeri 1 Nganjuk

(2001-2004)

SMA Negeri 2 Nganjuk

(2004-2007)

Jurusan Teknik Fisika ITS

(2007-2011)

perancangan sensor kelembaban ... abstrak - kelembaban merupakan salah satu variabel yang sangat...

Documents