Perancangan Sensor Kelembaban Beras Berbasis Kapasitor

Saifudin Mujib 1108 100 065

Pembimbing:

Dr. Melania Suweni Muntini, M.T

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA

Latar Belakang

Beras merupakan makanan pokok bagi seluruh lapisan masyarakat di Indonesia.

Faktor-faktor dalam menentukan mutu beras: 1. butir menir 2. derajat sosoh 3. kelembaban 4. dll Alat pengukur kelembaban beras

• Bagaimana merancang sensor kelembaban beras berbasis kapasitor yang mempunyai nilai ekonomis rendah

Permasalahan

• Merancang sensor kelembaban beras berbasis kapasitor yang mempunyai nilai ekonomis rendah

Tujuan

• Pada penelitian ini plat konduktor yang dipakai adalah dari PCB (Printed Circuit Board)

• Bahan uji yang digunakan adalah beras merk “Tawon”

Batasan Masalah

Dasar Teori Beras adalah hasil utama yang diperoleh

dari proses penggilingan gabah hasil tanaman padi

Persyaratan Mutu: 1. Persyaratan kualitatif meliputi suhu, bau, hama penyakit, bahan kimia, dll. 2. Persyaratan kuantitatif meliputi derajat sosoh, butir menir, kelembaban, dll.

Kelembaban Adalah ukuran banyaknya air yang terkandung

dalam suatu bahan Dapat disebabkan oleh 1. air yang meresap melalui celah kapiler 2. embun pada saat malam hari 3. air hujan yang tersapu oleh angin

Metode-metode dalam menentukan kelembaban 1. Metode pemanasan biasa digunakan untuk menentukan kadar air pada biji-

bijian.

2. Metode distilasi toluene biasa digunakan untuk bahan dengan kadar air tinggi dan

mengandung senyawa-senyawa yang mudah menguap 3. Metode pven vacum digunakan unutk bahan-bahan yang tidak tahan terhadap

panas

Kapasitor Adalah piranti elektronika yang

mampu menyimpan muatan listrik.

Kapasitansi adalah ukuran kemampuan kapasitor menyimpan energi dalam medan listrik. 1 Farad

Adalah kemampuan kapasitor untuk menyimpan muatan listrik 1 coulomb apabila diberi tegangan 1 volt

Bahan Dielektrik Adalah suatu bahan yang memiliki daya hantar arus

yang sangat kecil. Bahan dielektrik diletakkan diantara kedua plat kapasitor

Karakteristik Sensor

Adalah ukuran seberapa baik kinerja sensor dalam mengukur suatu stimulus

Karakteristik sensor meliputi: • Fungsi transfer • Kalibrasi • Jangkauan Pengukuran (Span) • Sensitivitas • Saturasi

LCR Meter

Adalah sebuah perangkat elektronik yang digunakan untuk mengukur induktansi (L), Kapasitansi (C), dan resistansi suatu komponen.

Prinsip Kerja LCR meter sebenarnya dari

beberapa jenis pengukuran tidak diukur, melainkan yang diukur adalah impedansi, impedansi diukur secara internal dan dikonversikan ke layar dalam bentuk nilai kapasitansi atau induktansi yang sesuai.

Metodologi

Pembuatan rangkaian kapasitansi ke tegangan

Pada rangkaian kapasitansi ke tegangan digunakan IC 2907. Rangkaian terdiri dari wadah yang bagian sampingnya dipasang plat kemudian diisi beras dan dihubungkan ke sumber tegangan DC.

Cara Pengujian • Beras diukur nilai kelembabannya menggunakan moisturemeter

MC-100. Prinsip dari alat ukur tersebut adalah dengan mengindra kondisi kelembaban udara bahan dengan menggunakan frekuensi tinggi.

• Pada saat yang sama beras diukur nilai kapasitansinya menggunakan LCR meter.

Pengujian Sensor

Pengujian dilakukan dengan membandingkan hasil pengukuran sensor kelembaban yang dibuat dengan moisturemeter MC-100

Hasil dan Pembahasan Pengujian nilai kapasitansi pada dua buah plat yang kosong

Kapasitansi (pF)

d=5 cm d=3 cm d=2 cm

1 10.5 12.2 16.5

2 10.4 12 16.5

3 10.1 12.3 16.5

4 9.9 12.2 16.4

5 9.8 12.2 16.5

6 10 12.3 16.4

7 9.9 12.1 16.5

8 10.6 12.1 16.5

9 10.2 12.1 16.4

10 10.6 12.1 16.6

11 10 12.3 16.5

12 9.8 12.1 16.4

13 10 12 16.5

14 9.8 12.2 16.5

15 9.9 11.9 16.4

16 9.8 12 16.5

17 10.1 12.2 16.4

18 10.4 12 16.4

19 10.3 12.3 16.5

20 9.7 12.1 16.5

Pada d = 2 cm Nilai rata-rata = 16.47 Standar deviasi (σ) = = 0.057124 Keseksamaan = = 99.65 %

Pengukuran nilai kapasitif beras dengan kelembaban beras

No Kelembaban

(%) Kapasitansi

(pF)

1 50 48.4

2 52 50.4

3 55 53.9

4 58 72.6

5 62 94.5

6 67 153.3

7 71 142.4

8 75 206.6

9 78 548.3

10 80 976.6

No Kelembaban

(%) Tegangan (mV)

1 63 0.072

2 64 0.073

3 65 0.075

4 68 0.085

5 71 0.09

6 73 0.093

7 75 0.098

8 77 0.113

9 79 0.121

10 81 0.167

Pengukuran nilai kelembaban beras dengan tegangan keluaran

Karakteristik Sensor

Fungsi Transfer Fungsi transfer yang sudah didapatkan dalam peneitian

ini yaitu dengan y adalah besar tegangan dan x adalah

kelembaban. Maka, untuk mencari nampilkan nilai kelembaban dari nilai tegangan yang dibaca sensor fungsi transfer dapat diubah menjadi

Grafik diatas adalah grafik dari persamaan Dengan nilai x adalah kelembaban dan y adalah tegangan.

Kalibrasi

Error kalibrasi dapat dihitung dengan menggnakan persamaan

Sehingga didapatkan nilai error kalibrasi keseluruhan sebesar 0.059 %.

Sensitivitas Pada sensor yang mempunyai fungsi transfer linier seperti persamaan berikut

Dimana S adalah keluaran sensor, dan s adalah masukan sensor. Maka sensitivitas sensor didapatkan dengan b adalah kemiringan atau sensitivitas sensor.

Dimana ∆S adalah perubahan keluaran sensor dan ∆s adalah perubahan masukan sensor.

Jika fungsi transfer sensor tidak linear, maka sensitivitas sensor tidak memiliki nilai yang tetap. Sehingga sensitivitas sensor di setiap masukan dinyatakan dengan persamaan:

Dan pada sensor yang dirancang mempunyai fungsi transfer

Sehingga sensitivitas sensornya adalah

Perbandingan pengukuran kelembaban antara Moisturemeter dan Alat Yang Dirancang

Data Ke Kelembaban Alat

yang dibuat

Kelembaban Moisturemeter MC-

100 error

Prosentase Error

1 43.983 47 3.017 6.86% 2 50.654 51 0.346 0.68% 3 63.987 65 1.013 1.58% 4 72.436 77 4.564 6.30% 5 74.898 78 3.102 4.14% 6 81.678 83 1.322 1.62%

error total 3.53%

Tabel Perbandingan Pengukuran Kelembaban Beras pada kelembaban yang berubah

Error Deviasi = = = 0.68 %

Gambar grafik perbandingan pengukuran kelembaban menggunakan alat yang dibuat dan moisturemeter MC-100

Tabel Perbandingan Pengukuran Kelembaban Beras pada kelembaban yang tetap

Data Ke Kelembaban

Alat yang dibuat (%)

Kelembaban Moisturemeter MC-100 (%)

Selisih Pengukuran alat yang dibuat dengan MC-100

1 57.758 55 2.758 2 57.758 55 2.758 3 56.646 55 1.646 4 57.758 55 2.758 5 57.758 55 2.758 6 56.646 55 1.646 7 56.646 55 1.646 8 57.758 55 2.758 9 57.758 55 2.758 10 57.758 55 2.758

rata-rata selisih pengukuran 2.4244

Grafik perbandingan pengukuran pada tingkat kelembaban yang tetap

Standar deviasi (σ) = = 0.53

Keseksamaan = = = 99.06 %

Kesimpulan Sistem sensor kelembaban beras menggunakan

dua plat sejajar dapat diaplikasikan untuk mengukur tingkat kelembaban beras.

Sensor kelembaban yang dibuat memiliki fungsi transfer untuk merubah tegangan keluar menjadi bentuk persen kelembaban. Dimana x adalah kelembaban dan y adalah tegangan.

Tingkat kesalahan sensor yang dibuat dengan moisturemeter mempunyai nilai sebesar 3.24%.