proposal ta vicky pratama
TRANSCRIPT
1. Judul Tugas Akhir
Judul tugas akhir yang penulis ajukan adalah ”Perancangan dan Simulasi Data
Logger Suhu pada Thermocouple menggunakan LabVIEW”.
2. Latar Belakang
Dewasa ini dalam proses produksi dan teknologi, perkembangan proses kontrol,
otomasi, kualitas kontrol, peningkatan masalah keamanan menjadi aspek yang harus
diprioritaskan. Beberapa aspek tersebut membutuhkan kualitas sensor, karakteristik dan
pendekatan ukuran aplikasinya. Sensor yang dibuat harus mempunyai kriteria tertentu
dan memiliki sensitiftas yang tinggi sehingga data yang dihasilkan cukup representatif
agar dapat diolah menjadi suatu data yang valid dan dapat dipertanggungjawabkan.
Kriteria instrumentasi yang harus dimiliki alat ukur adalah dari sisi akurasi, reliabilitas,
interchangebility, biaya dan keamanan.
Temperatur adalah besaran lingkungan yang sering diukur, karena memliki
pengaruh besar pada besaran fisik, listrik, kimia, mekanik maupun biologi. Sensor suhu
yang ada mempunyai berbagai karakteristik dan spesifikasi sendiri-sendiri, sebagai
contoh termokopel, memiliki beberapa tipe yang masing-masing tipe memiliki
karakteristik tertentu.
Oleh karena itu untuk mendukung proses aplikasi penggunaan termokopel untuk
pembuatan data logger suhu namun perlu diteliti terlebih dahulu karakteristik
termokopel yang ada, perlu dirancang perangkat keras penghubung besaran analog dari
termokopel ke komputer untuk diketahui rekaman besaran suhu terhadap waktu,
sehingga hasil akhirnya dapat ditentukan grafiknya, yang sebelumnya diperoleh dari
data-data yang telah terekam pada waktu tertentu.
3. Rumusan dan Batasan Masalah
Berdasarkan identifikasi latar belakang yang telah dijelaskan, rumusan masalah
dari pembuatan tugas akhir ini, adalah:
a) Bagaimanakah cara merancang perangkat yang dapat menghubungkan
secara langsung antara thermocouple dan komputer?
b) Bagaimanakah caranya menampilkan hasil pengukuran thermocouple di
layar komputer setiap perubahan waktu dan hasilnya dapat direkam?
2
Dengan rumusan masalah tersebut, maka batasan masalah tugas akhir yang
diperhatikan, sebagai berikut:
a) Sensor yang digunakan berupa thermocouple dengan tipe tertentu
b) Perangkat lunak yang digunakan untuk mengoperasikan adalah LabVIEW,
yang berfungsi sebagai monitoring data.
c) Perangkat keras yang digunakan sebagai penghubung berupa rangkaian
elektronik amplifier dan ADC dengan mikrokontroler ATMEGA 8535,
dengan komunikasi serial.
d) Hasil keluaran dari tugas akhir ini berupa data logging perubahan suhu pada
thermocouple terhadap waktu.
4. Tujuan Tugas Akhir
Tujuan utama dari tugas akhir ini adalah merancang perangkat keras yang dapat
menghubungkan secara langsung (plug and play) antara thermocouple dengan
komputer, yang seluruh data dan perubahan data yang diperoleh dapat langsung
ditampilkan di layar monitor maupun dicetak berupa grafik logger suhu, dengan
bantuan software LabVIEW.
5. Tinjauan Pustaka
5.1 Definisi Singkat Termokopel
Berasal dari kata “Thermo” yang berarti energi panas dan “Couple”yang berarti
pertemuan dari dua buah benda. Termokopel adalah transduser aktif suhu yang tersusun
dari dua buah logam berbeda dengan titik pembacaan pada pertemuan kedua logam dan
titik yang lain sebagai outputnya[1]
. Maka termokopel adalah sebuah transduser yang
digunakan untuk mengkonversi perubahan termal suatu objek menjadi energi listrik[2]
.
Termokopel dapat beroperasi dengan rentang suhu yang besar. Sebuah termokopel
terdiri dari dua buah kawat yang kedua ujungnya disambung sehingga menghasilkan
suatu open circuit voltage sebagai fungsi dari suhu, diketahui sebagai tegangan
termolistrik atau disebut dengan seebeck voltage, yang ditemukan oleh Thomas J.
Seebeck pada tahun 1821.
Hubungan antara tegangan dan pengaruhnya terhadap suhu masing-masing titik
pertemuan dua buah kawat adalah linear. Walaupun begitu, untuk perubahan yang
3
sangat kecil, tegangan pun akan terpengaruh secara linear, atau di rumuskan sebagai
berikut: (National Instrument, Application Note 043).
∆V = S∆T .............................................................................................................. (1)
Dengan ∆V adalah perubahan tegangan, S adalah koefisien Seebeck, dan ∆T adalah
perubahan suhu. Nilai S akan berubah dengan perubahan suhu, yang berdampak pada
nilai keluaran berupa tegangan termokopel tersebut.
5.2 Jenis-jenis Termokopel
Termokopel diberi tanda dengan huruf besar yang mengindikasikan
komposisinya berdasar pada aturan American National Standard Institute (ANSI),
seperti dibawah ini:
Type E : Chromel – Constantan
Type J : Iron – Constatan
Type K : Chromel – Alumel
Type T : Copper – Constatan
Type B : Platinum 6% Rhodium vs Platinum 30% Rhodium
Type R : Platinum vs Platinum 13% Rhodium
Type S : Platinum vs Platinum 6% Rhodium
(Sumber : NBS Monograph 125 and Hoskins Manufacturing Company).
Tabel 1. Sifat dari beberapa tipe termokopel pada 250C
Tipe Material
( + dan -)
Temp.Kerja
(0C)
Sensitivitas
(µV/0C)
E Ni-Cr dan Cu-Ni -270 ~ 1000 60.9
J Fe dan Cu-Ni -210 ~ 1200 51.7
K Ni-Cr dan Ni-Al -270 ~ 1350 40.6
T Cu dan Cu-Ni -270 ~ 400 40.6
R Pt dan Pt(87%)-Rh(13%) -50 ~ 1750 6
S Pt dan Pt(90%)-Rh(10%) -50 ~ 1750 6
B Pt(70%)-h(30%)
dan Pt(94%)-Rh(6%)
-50 ~ 1750 6
Sumber : www.wfunda.com/designstandards/sensors/thermocouples/thmeple_intro.cfm
4
5.3 Prinsip Kerja Termokopel
Penting diingat bahwa termokopel mengukur perbedaan temperatur di antara 2
titik, bukan temperatur absolut[8]
. Prinsip kerja termokopel ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Prinsip Kerja Termokopel[4]
Termokopel bekerja berdasarkan efek Seebeck, yang mengubah perbedaan
antara suhu sambungan acuan dengan suhu sambungan ukur menjadi tegangan listrik.
Hubungan antara harga tegangan yang terkoreksi V (t1,0), harga tegangan sambungan
acuan V (ref,0) dan harga tegangan pada tabel standar kalibrasi V (t1, ref) adalah:
V (t1,0) = V (t1, ref) + V (ref,0) ........................................................................................ (2)
Agar dapat digunakan dalam pengukuran, hanya material-material khusus yang
digunakan sebagai termokopel. Syarat-syarat yang diperlukan agar dapat digunakan
sebagai sensor adalah:
1. Memiliki sensitifitas yang tinggi, dan memilki linearity yang baik.
2. Memiliki span pengukuran suhu yang lebar.
3. Memilki repeatability dan stabilitas yang tinggi, dan tidak berubah sifat karena
waktu.
4. Deviasi mutunya kecil.
5.4 Penguat (Amplifier / Pengkondisi Sinyal)
Rangkaian pengkondisi sinyal berfungsi untuk mengolah sinyal dari transduser
termokopel berupa tegangan yang cukup kecil menjadi tegangan yang lebih besar,
sehingga output dari rangkaian ini dapat dibaca oleh rangkaian Analog Digital
Converter (ADC).
5
Gambar 2. Rangkaian Pengkondisi Sinyal[1]
Rangkaian signal conditioning terbagi dalam 3 blok fungsi:
a) Low Pass Filter
Termokopel yang terlalu panjang bisa menangkap sinyal liar layaknya sebuah
antena, karena output dari termokopel merupakan sinyal berfrekuensi rendah, perlu
dipasang sebuah filter untuk menghilangkan sinyal frekuensi tinggi yang tidak lain
adalah noise. R4, R5, C1, dan C2 adalah komponen penyusun low pass filter yang
memiliki frekuensi cut-off sekitar 3Hz. Diode zener D1 dan D3 digunakan untuk
membatasi input yang masuk ke rangkaian. Resistor pull-up 1MΩ berfungsi sebagai
pengaman pada saat termokopel putus / tidak terhubung, karena saat termokopel tidak
terhubung input rangkaian signal conditioning menjadi besar sehingga pemanas tidak
akan menyala bila alat ini digunakan sebagai pengendali suhu.
b) Penguat tingkat I
Penguat Tingkat I adalah rangkaian non-inverting OP-AMP menggunakan IC
OP 07. Saya memilih penguat jenis non-inverting dengan pertimbangan penguat non-
inverting memiliki impedansi masukan yang sangat tinggi dan impedansi keluaran yang
rendah, selain itu sinyal input dari termokopel sebanding dengan kenaikan suhu.
Didalam rangkaian ini terdapat 2 buah potensiometer. R3 sebagai zero adjustment,
berfungsi untuk mengatur besar kecilnya tegangan offset keluaran. Tegangan offset
adalah tegangan yang timbul pada keluaran saat nilai inputannya nol. Tegangan ini
digunakan untuk menentukan suhu terendah yang bisa dibaca alat ukur ini. R10 sebagai
6
gain adjustment, berfungsi untuk mengatur besar penguatan pada tingkat ini, dengan
menganggap tegangan offset = 0V, besar penguatannya adalah seperti berikut:
penguatan saat potensiometer posisi minimal:
penguatan saat potensiometer posisi maksimal:
c) Penguat tingkat II
Penguat tingkat II juga menggunakan penguat non-inverting sama seperti
menguat tingkat I. Op Amp yang digunakan adalah LF 353 Pada penguat ini nilai gain
adalah tetap yaitu sebesar :
Selanjutnya bila rangkaian di analisis secara keseluruhan, rangkaian signal conditioning
memiliki penguatan sebesar:
7
Penguatan saat potensiometer posisi minimal:
Penguatan saat potensiometer posisi maksimal:
Besarnya penguatan rangkaian signal conditioning adalah 210 – 279 kali. Sedangkan
tegangan outputnya sebesar:
5.5 ADC (Analog to Digital Converter)
Setelah rangkaian analog pengendali sinyal sensor telah selesai dirancang, maka
untuk menjadikan keluaran filter LPF dapat berkomunikasi dengan komputer melalui
port serial RS232, sebelumnya data analog tersebut dikonversi ke data digital dengan
menggunakan ADC, IC yang digunakan adalah IC ADC 0809 yang memiliki 8 input,
walaupun yang digunakan hanya satu input. Rangkaian selengkapnya dapat dilihat pada
Gambar 3.
Gambar 3. Rangkaian ADC
8
Konversi analog ke digital berlangsung pada saat pulsa Start menjadi rendah,
mengosongkan pencacah. Bila pulsa Start kembali ke keadaan tinggi, maka telah siap
beroperasi melakukan hitungan naik dari nol, sehingga keluaran konverter akan
berbentuk tegangan yang positif. Tegangan masukan akan dibandingkan dengan
tegangan referensi dari ADC itu sendiri. Jika tegangan masukan sama dengan tegangan
referensi maka keluaran ADC akan FF, tetapi jika masukan dibawah referensi maka
akan dilakukan pencacahan terhadap tegangan masukan itu sesuai dengan tegangan
tangga (step size) sehingga keluaran dari ADC sesuai dengan akurasi yang kita
inginkan.
5.6 Komunikasi Serial
Port serial sering digunakan untuk interfacing komputer dan mikrokontroler,
karena kemampuan jarak pengiriman data dibandingkan port parallel. Sistem transmisi
sinyal RS232 menggunakan level tegangan dengan respect to system common (power
ground). Tipe ini bagus untuk komunikasi data secara satu-satu (point to point
communications). RS232 port pada PC hanya diperuntukkan untuk satu alat (single
device). Misal : COM 1 digunakan untuk mouse port sedangkan COM 2 digunakan
untuk modem. Syarat sinyal RS232 dapat berfungsi adalah dengan hubungan ke ground
antara PC dengan alat (common ground). Jarak maksimal jalur komunikasi sangat
terbatas hanya 100/200 kaki untuk komunikasi data secara asinkron dan hanya 50 kaki
untuk komunikasi sinkron. Kecepatan transfer data RS232 cukup rendah, kecepatan
maksimal hanya 19200 bits/detik. Singkatnya, RS232 hanya untuk komunikasi area
lokal dan hanya untuk satu driver dan satu receiver. RS232 pada PC mempunyai dua
jenis konektor, yaitu konektor dengan 25 pin (DB25) dan konektor dengan 9 pin (DB9).
Pada dasarnya hanya 3 pin yang terpakai, yaitu pin kirim, pin terima dan ground[3]
.
Dalam setiap proses transfer data serial, RS232 memerlukan sebuah Data
Terminal Equipment (DTE) dan Data Communication Equipment (DCE) pada masing-
masing terminal. Pengiriman data dilakukan secara bit per bit (karena serial). Kecepatan
transfer data harus sama antara pengirim dan penerima, jika tidak sama akan terjadi
overflow. Kecepatan transmisi transfer data sering disebut dengan baudrate. Panjang
data bit yang sering digunakan diantaranya adalah 4, 5, 6, 7 dan 8 bit.
9
Gambar 4. Penampang Konektor DB9
5.7 Mikrokontroler
Mikrokontroler yang digunakan pada perancangan alat ini adalah
ATMEGA8535. Mikrokontroler ini memiliki arsitektur RISC 8 bit, sehingga semua
instruksi dikemas dalam kode 16-bit (16-bits word) dan sebagian besar intruksi di
eksekusi dalam satu siklus instruksi clock. Dan ini sangat membedakan sekali dengan
intruksi MCS-51 (Berarsitektur CISC) yang membutuhkan 12 siklus clock. RISC adalah
Reduced Instruction Set Computing sedangkan CISC adalah Complex Instruction Set
Computing.
Gambar 5. Mikrokontroler ATMEGA8535
10
ATMEGA8535 mempunyai empat buah port yaitu port A, port B, port C, dan
port D. Keempat port tersebut merupaka jalur bi-directional dengan pilihan internal
pull-up. Tiap port mempunyai tiga buah register bit, yaitu DDxn, PORTxn, dan PINxn.
Huruf ”x” mewakili nama huruf dari port sedangkan huruf ”n” mewakili nomor bit. Bit
DDxn terdapat I/O address DDRx, bit PORTxn terdapat pada I/O address PORTx, dan
bit PINxn terdapat pada I/O address PINx.
Gambar 6. Skematik Minimum System ATMEGA 8535
Gambar 7. Skema Konverter RS232
11
5.8 Software LabVIEW
LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) merupakan
software virtual instrument, produk dari National Instrument yang dikenal sebagai salah
satu instrumen virtual terbaik di dunia. LabVIEW adalah bahasa pemrograman
komputer berbasis grafik. Pemrograman LabVIEW tidak berbasis teks seperti halnya
Visual Basic atau Delphi. Dengan memakai program grafik ini membangun suatu
aplikasi akuisisi data dan instrumentasi/ kontrol mejadi lebih mudah dan cepat.
LabVIEW menggunakan pemrograman aliran data (dataflow), dimana aliran
data dari node pada blok diagram akan menentukan perintah eksekusi berdasarkan VIs.
VIs atau virtual instrument adalah program LabVIEW yang menirukan instrumen
sebenarnya dalam bentuk simbol-simbol.
a) Front Panel
Untuk membuat tampilan digunakan tools dan objek. Tampilan ini dikenal
dengan istilah front panel. Front panel umumnya berisikan kontrol dan indikator
sebagai masukan dan keluaran interaktif VIs. Kontrol mencakup knob, push button,
dan mekanisme masukan lainnya. Sedangkan indikator mencakup grafik, led, tank,
dan tampilan keluaran lainnya.
Gambar 8. Front Panel
b) Block Diagram
Block diagram adalah jendela tempat menuliskan perintah dan fungsi, berisikan
source code berupa simbol-simbol, node dan garis sebagai data flow untuk
mengeksekusi program, termasuk kode dari front panel.
12
Gambar 9. Block Diagram
c) Tipe Data
Dalam membuat suatu aplikasi VIs, harus diperhatikan tipe data tiap simbol agar
data flow dapat berjalan tanpa kesalahan. Tipe data dari sebuah simbol dapat
diketahui dari warna node atau warna kabel (wire) ketika dihubungkan ke simbol
lainnya.
Tabel 2. Tipe Data dari Pemrograman LabVIEW[5]
Tipe Data Warna Node / Wire Keterangan
Floating point Oranye Float, double, precision
Integer Biru Byte, word, long, unsigned
Time stamp Coklat tua Indikasi waktu (ddmmyy)
Boolean Hijau muda True, false
String Merah muda Teks
Dynamic data Biru tua Sinyal dinamis
Waveform -oranye tebal
-hijau muda tebal
-gelombang kontinyu
-gelombang digital
Path Hijau tua Direktori
Array, cluster Tergantung elemen Kumpulan data
LabVIEW dapat dengan mudah dihubungkan dengan peralatan kontrol skala
industri seperti Programmable Logic Control (PLC), Distributed Control System
(DCS), maupun hanya mikrokontroler.
13
6. Struktur Proses
Struktur proses ini akan menggambarkan alur perjalanan dari perancangan alat,
simulasi hingga mendapat data yang diharapkan. Secara umum,
Gambar 6.1 Flowchart Metodologi Penelitian
14
7. Metode Penelitian
Proses pembuatan tugas akhir yang berjudul ” Perancangan Data Logger Suhu
pada Thermocouple menggunakan LabVIEW”, penulis mendapatkan berbagai data dan
informasi yang dibutuhkan dengan berbagai metode, yaitu:
a. Studi Literatur
Studi ini penulis gunakan untuk mempelajari literatur yang bersumber dari buku-
buku, e-book, artikel, jurnal, serta serta menemukan berbagai literatur di situs-situs
internet yang berhubungan dengan tugas akhir penulis.
b. Wawancara
Wawancara dilakukan kepada orang-orang yang ahli di bidang sensor, elektronika
dan software LabVIEW sesuai dengan tugas akhir yang sedang penulis laksanakan.
c. Perancangan Alat
Perancangan alat dilakukan, dengan pencarian datasheet komponen yang
diperlukan, serta skema rangkaian, lalu merancangnya menjadi rangkaian yang
diinginkan.
d. Pengujian dan Simulasi Sistem
Adapun cara simulasi sistem ini didefinisikan, yaitu:
1) Perancangan dan desain diagram blok LabVIEW sesuai dengan alat yang akan
di monitoring.
2) Proses simulasinya sendiri akan menggunakan LabVIEW yang sebelumnya
telah diprogram agar dapat membaca kondisi perubahan suhu dari termokopel.
3) Data logger suhu hasil output simulasi, data ini selanjutnya akan diolah dalam
bentuk grafik pada Microsoft Excel.
e. Analisis dan simpulan
Dalam bagian ini akan dilakukan proses analisis dari hasil simulasi sistem
menggunakan software LabVIEW. Sehingga dapat diketahui prinsip, proses kerja,
peran, dan kinerja dari termokopel dari hasil monitoring LabVIEW, serta
menyimpulkan hasil yang diperoleh.
8. Relevansi
Tugas akhir ini disusun berdasarkan metodologi yang ada, yang pada selanjutnya
akan dilakukan pembuatan simulasi yang kemudian simulasi tersebut dianalisis dan
15
disimpulkan. Sehingga diharapkan simulasi dan analisis tersebut dapat diaplikasikan
sebagai pendukung pengembangan teknologi dibidang instrumentasi maupun kontrol.
9. Jadwal Kegiatan
Kegiatan 2011
Maret April Mei Juni Juli Agustus
Pencarian Bahan
Penyusunan Proposal
Seminar Proposal
Studi Literatur
Wawancara
Perancangan Alat, Simulasi
Sistem, Analisis dan
Simpulan
Penyusunan Laporan Tugas
Akhir
Seminar dan Sidang Tugas
Akhir
16
DAFTAR PUSTAKA
[1] Zal, Fahmi.2010.Perancangan Signal Conditioning.
http://fahmizaleeits.wordpress.com/2010/07/07/merancang-pengkondisi-sinyal-
termokopel/
[2] Pramudijanto, Jos.2003.Sensor Temperatur.Jurusan Teknik Elektro ITS.
[3] Adia Cahya Purnama, dkk.2010.Laporan Akhir Mata Kuliah Komputerisasi
Elektromedik - Serial Interface Microcontroler ATMEGA8535 ke PC
Menggunakan Aplikasi Grafik Delphi.Jurusan Fisika - Universitas Padjajaran.
[4] Rachman Soleh dan Sri Kadarwati.2003.Sensor Termokopel Tipe K dengan
Kompensasi Suhu Pengukuran dan Tegangan Keluaran 10mV/oC.Publikasi Ilmiah
PPI-KIM 2003, Pusat Penelitian KIM-LIPI.
[5] Pratama, Anggi.2007.Aplikasi LabVIEW sebagai Pengukur Kadar Vitamin C
Dalam Larutan Menggunakan Metode Titrasi Iodimetri.Jurusan Teknik Elektro -
Universitas Diponegoro : http://eprints.undip.ac.id/7477/
[6] Budiono, Eka.2009.Programmable Automation Controller (PAC) dengan
LabVIEW 7.1.Yogyakarta : Penerbit Gava Media.
[7] Budiharto, Widodo.2004.Interfacing Komputer dan Mikrokontroler.Jakarta :
Penerbit PT. Elex Media Komputindo Kelompok Gramedia
[8] Prinsip Kerja Termokopel.2010:
http://koponkworld.wordpress.com/2010/10/09/prinsip-kerja-termokopel/
[9] http://www.efunda.com/designstandards/sensors/thermocouples/thmcple_intro.cfm
17
Perancangan dan Simulasi Data Logger Suhu pada Thermocouple
menggunakan LabVIEW
PROPOSAL SKRIPSI
Diajukan Sebagai Syarat Menyelesaikan Tugas Akhir S1 Guna Mendapat Gelar Sarjana Pada Jurusan Teknik Elektro
Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
Disusun Oleh :
VICKY PRATAMA PUTRA
3332-071111
KEMENTRIAN PENDIDIKAN NASIONAL
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SULTAN AGENG TIRTAYASA
CILEGON – BANTEN
2011