Seminar Tugas Akhir
Juni 2016
Alat Kalibrasi Suhu dengan Thermocouple dilengkapi Thermohygrometer (Mochammad Sofyan1, Andjar Pudji2, Syaifudin3) Jurusan Teknik Elektromedik POLITEKNIK KESEHATAN KEMENTRIAN KESEHATAN SURABAYA ABSTRAK Alat kalibrasi suhu adalat alat yang digunakan untuk mengukur keakuratan suatu alat yang berhubungan dengan suhu seperti sterilisator. Sterilisator merupakan alat yang digunakan untuk mensterilkan instrumen-instrumen medis agar terhindar dari bakteri yang menempel sisa dari penggunaan instrumen medis tersebut.. Suhu dari sterilisator bermacam-macam akan tetapi secara umum untuk sterilisator kering berkisar 175°Celcius. Cara kerja dari alat kalibrasi suhu adalah dengan menggunakan sensor thermocouple yang dimasukkan kedalam alat yang akan diukur kemudian hasil suhunya akan terbaca. Dua jenis logam yang berbeda jenis yang salah satu ujungnya dijadikan satu (couple) maka akan menimbulkan efek thermoelectric. Hasil suhu akan ditampilkan pada LCD 4x16, Data hasil pengukuran dari alat kalibrasi suhu menunjukan presentase eror terbesar yaitu 0,07% pada suhu 40 dan 150°Celcius dan menunjukan presentase eror terkecil yaitu 0% pada suhu 200, 90, dan 60°Celcius. Hal ini menunjukan bahwa hasil perbandingan dengan alat yang telah tertelusur dari BPFK dibandingkan dengan modul yang saya kerjakan memilikitingkat eror yang kecil sehingga modul saya layak digunakan. Kata Kunci : Thermocouple, Thermohygrometer, Sterilisator, Suhu, Kelembaban
PENDAHULUAN Latar Belakang Termokopel (Thermocouple) adalah jenis sensor suhu yang digunakan untuk mendeteksi atau mengukur suhu melalui dua jenis logam konduktor, yang prinsip kerjanya masing-masing ujung logam konduktor digabung sehingga menimbulkan efek “Thermoelectric”. Salah satu jenis logam konduktor yang terdapat pada Termokopel akan berfungsi sebagai referensi dengan suhu konstan (tetap), sedangkan logam konduktor berfungsi sebagai logam konduktor yang mendeteksi suhu panas ( Dickson Kho / 2015 ). Thermohygrometer merupakan sebuah alat yang menggabungkan antara fungsi termometer dengan hygrometer ( Adi R W / 2011 ). Termometer sendiri
merupakan alat yang digunakan untuk mengukur suhu ruangan, cara kerjanya yaitu sebelum terjadi perubahan suhu, volume air raksa berada pada kondisi awal. Selanjutnya perubahan suhu lingkungan di sekitar termometer direspon air raksa yang ditunjukkan melalui perubahan volume. Volume merkuri akan mengembang jika suhu meningkat dan akan menyusut jika suhu menurun. Skala pada termometer akan menunjukkan nilai suhu sesuai keadaan lingkungan ( Wenny Eka Pratiwi / 2011 ). Standard satuan temperatur yang digunakan didunia secara umum ada dua macam, yakni satuan Fahrenheit dan Celcius. Skala Fahrenheit menggunakan angka 32o untuk menunjukkan titik beku dan 212o untuk titik didih dari air murni pada tekanan atmosfer. Sedangkan untuk satuan Celcius, menggunakan angka 0o pada titik beku serta 100o untuk titik
Seminar Tugas Akhir didih air murni pada tekanan atmosfer ( Onny / 2011 ). Pada kongres perhimpunan fisika internasional yang diselenggarakan pada 1954, telah ditetapkan standart baru untuk satuan suhu adalah kelvin. Ketetapan ini berlangsung pada tekanan udara luar sebesar 1 atmosfir dengan suhu titik lebur es 273,15 K dan suhu titik didih air sebesar 373,15 K. Artinya dalam tahun tersebut terjadi perubahan standart untuk suhu dari derajat celcius menjadi kelvin ( Kamajaya / 2008 ). Sedangkan Hygrometer merupakan alat yang digunakan untuk mengukur kelembapan udara, cara kerjanya yaitu menggunakan dua termometer. Termometer pertama dipergunakan untuk mengukur suhu udara ruangan dan yang kedua untuk mengukur suhu udara lembab. ( Laboratorium Core / 2012 ). Berkaitan dengan fungsi alat tersebut diatas, saat ini di kampus jurusan Teknik Elektromedik Poltekkes Kemenkes Surabaya proses kegiatan kalibrasi dilakukan dengan menggunakan dua alat yang berbeda yaitu termometer sebagai pengukur suhu alat dan thermohygrometer sebagai pengukur suhu dan kelembaban ruangan. Menurut pengamatan penulis bahwa proses kinerja kegiatan kalibrasi kurang efektif, karena proses pengukuran data dilakukan dua kali kerja. Selain itu kedua alat tersebut hanya terdapat satu satuan suhu yaitu celcius saja. Alat Thermohygrometer ini pernah dibuat oleh Anindya pada tahun 2015, akan tetapi hanya mempunyai satu fungsi saja, sedangkan untuk alat thermometer pernah dibuat oleh Yuli Sufia Rifqi pada tahun 2012, Nurlintang Brilianova pada tahun 2012, dan Eta Oktasari 2013 yang memiliki fungsi untuk mengukur suhu tubuh pada manusia dan tidak dapat digunakan untuk mengukur suhu pada alat. Selain
Juni 2016 itu masih belum adanya yang menambahkan pengkonversi satuan suhu pada alat pengukur suhu. Dari hasil pengamatan tersebut maka penulis akan menambahkan sensor suhu yang berfungsi sebagai pengukur suhu pada alat. Selain itu penulis juga akan menambahkan sistem pengkonveri suhu.
Batasan Masalah 1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.1.4 1.1.5
1.1.6
Menggunakan mikrokontroller Arduino uno ATMega 328P Menggunakan sensor SHT11 Menggunakan sensor Thermocouple Type K Mengukur suhu alat antara 20 derajat – 200 derajat Mengkonversikan satuan suhu Celcius menjadi Fahrenheit, Rheamur dan kelvin Ditampilkan pada LCD 4x16
Rumusan Masalah Dapatkah dibuat alat kalibrasi suhu dengan thermocouple dilengkapi thermohygrometer ? Tujuan Penelitian 1.1.1. Tujuan Umum Dibuatnya alat kalibrasi suhu dilengkapi thermohygrometer. 1.1.2. Tujuan Khusus 1.1.2.1.Membuat rangkaian minimum sistem ATMega 328P 1.1.2.2.Membuat program untuk menjalankan system mikrokontroller 1.1.2.3.Membuat program konversi suhu 1.1.2.4.Melakukan pembandingan dengan alat yang sudah terkalibrasi 1.1.2.5.Melakukan uji fungsi alat
Seminar Tugas Akhir
Juni 2016
Manfaat Penelitian
Diagram Alir Proses/Program
1.1.3. Manfaat Teoritis Meningkatkan wawasan dan pengetahuan mahasiswa teknik elektromedik mengenai alat kalibrasi khususnya yang berhubungan dengan suhu dan thermohygrometer. 1.1.4. Manfaat Praktis Dengan adanya tugas akhir ini diharapkan dapat tercipta alat kalibrasi yang lebih efisien. Selain itu dengan adanya pemilihan konversi suhu alat ini dapat digunakan di setiap negara yang memilki satuan suhu yang berbedabeda. METODOLOGI Diagram Blok Sistem INPUT
PROSES
OUTPUT
Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem
Ketika power on/off dalam kondisi on maka seluruh rangkaian akan mendapat tegangan dari baterai 9v. Sensor akan mendeteksi suhu dan kelembaban yang kemudian masuk pada IC Mikrokontroller ATMEGA 328P, Lalu tampil pada LCD karakter hasil dari penguran suhu dan kelembaban. Ketika switch ditekan maka hasil pengukuran suhu yang awalnya memiliki satuan suhu Celcius maka akan dikonversikan menjadi satuan suhu Fahrenheit, Rheamur dan Kelvin.
Gambar 3.2 Diagram Alir Program
Start kemudian terjadi inisialisasi dari penginisisalisasian input-output mikrokontroler dan antarmuka LCD 2 X 16. Kemudian setelah selesai proses inisialisasi, maka LCD akan menampilkan nilai pembacaan Suhu pada alat , suhu dan Kelembaban ruangan yang terdeteksi pada sensor. Ketika tombol pengkonversi suhu ditekan maka satuan suhu yang ditampilkan pada display LCD akan berubah.
Seminar Tugas Akhir Diagram Mekanis Sistem Desain diagram mekanis sistem dibuat untuk mengetahui rancangan box alat. Rancangan box alat Kalibrasi Suhu dengan Thermocouple dilengkapi Thermohygrometer terlihat seperti gambar dibawah ini:
Juni 2016 HASIL PENGUKURAN ANALISIS Hasil Pengukuran Test Point Test Point merupakan suatu titik yang digunakan untuk mengukur output tegangan pada titik tertentu. Berikut merupakan tabel hasil keluaran penguatan dari PSA Thermocouple Tabel 3.1 Hasil test point output PSA
Gambar 3.3 Diagram Mekanis Sistem
Dimensi : 1. Panjang = 16 cm ( 9 cm dan 6 cm ) 2. Lebar = 11 cm 3. Tinggi = 3,5 cm ( 6 cm dan 2,5 cm ) Keterangan : 1. Tombol Reset 2. Tombol Konversi 3. Tombol on/off 4. Konektor input sensor thermocouple 5. Konektor input sensor SHT 11 6. Konektor input programer
DAN
Suhu
volt
200 190 180 170 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40
4,48 4,24 4,05 3,86 3,69 3,494 3,272 3,072 2,778 2,672 2,479 2,25 2,07 1,845 1,64 1,452 1,206
Seminar Tugas Akhir
Juni 2016
Hasil Perhitungan dan Analisis Data
PEMBAHASAN
Tabel 3.3 Tabel hasil perhitungan dan analisis data
Rangkaian Minimum System +5v
SDV
Ua
R10 220
0,00
0,34
198,79
-8,79
-0,05
0,76
0,31
-7,20
-0,04
1,51
5 4 3 2 1 PB0 PB1
SW2
10K C4
-10,12
-0,06
4,86
C1 C5 22pF J4
168,80
-8,80
-0,05
0,67
0,27
160,57
-10,57
-0,07
0,35
0,14
+5v
10nF
J7
+5v R7
8/PB0 (ICP) 9/PB1 (OC1A) 10/PB2 (OC1B) 11/PB3 (MOSI) 12/PB4 (MISO) 13/PB5 (SCK) 14/PB6 (XT1) 15/PB7 (XT2)
(Rx D) PD0/0 (TxD) PD1/1 (INT0) PD2/2 (INT1) PD3/3 (T0) PD4/4 (T1) PD5/5 (AIN0) PD6/6 (AIN1) PD7/7
A0/PC0 (ADC0) A1/PC1 (ADC1) A2/PC2 (ADC2) A3/PC3 (ADC3) A4/PC4 (SDA) A5/PC5 (SCL)
VCC GND
2 3 4 5 6 11 12 13
220
J9 1 2
PB0 PB1
+5v 6 5 4 3 2 1
16MHz
1,98
14 15 16 17 18 19 9 10
PC6 (RESET)
J13
Y1
22pF
180,12
Switch
CON2 U2 1
R8
0,62
J11 in baterai 1 2
TES GND
konv ersi
187,20
1 2 C2 100uf
1 2
Programmer
+5v
1
J5
J2
0,14
J1 VIN
1
LED
Reset
7805
VOUT
C6 10uf
J6
D2 SW1
-0,61
3
TES +
+ C3 10uF
200,61
1
2
Error%
U5
+5v
J3
Simpangan
R1 10K
GND
+5v
Ratarata
A1
23 24 25 26 27 28
AVCC AREF AGND
7 8
CON2R12 10K
20 21 22
+5v +5v
16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 LCD
ATMEGA328
CON6
R3 20K
4 3 2 1 SHT 11
3,28
1,34
R2
R4
4k7
10k C7 10uf
3 + C8 10uf
U19A U19A 1
2 -
R5
5 +
7
A1
6 4
CON2
J17 ENABLE 2
+5v
ENABLE 1
2 1
1 2
-0,03
3 2 1
8
-4,80
J8
1
144,80
J15
J10 TES Sensor
OP-200
10k
131,70
-1,70
-0,01
0,24
0,10
121,50
-1,50
-0,01
0,21
0,09
Gambar 3.4 Rangkaian Minimum System
111,47
-1,47
-0,01
0,25
0,10
101,71
-1,71
-0,02
0,18
0,07
89,68
0,32
0,00
0,09
0,04
81,52
-1,52
-0,02
0,13
0,05
71,36
-1,36
-0,02
0,07
0,03
59,98
0,02
0,00
1,15
0,47
52,47
-2,47
-0,05
0,07
0,03
42,63
-2,63
-0,07
0,29
0,12
Spesifikasi Modul Rangkaian Minimum System yang diperlukan adalah: 1. Tegangan kerja yang dibutuhkan maksimum 5 VDC dan ground 2. IC Mikrokontroller yang digunakan adalah ATmega328 3. Membutuhkan sambungan MISO, MOSI, SCK, dan RESET untuk dapat memprogram ATmega328 4. Menggunakan push button sebagai input pada PIN 8 dan PIN 9 untuk pemilihan sistem. 5. Menghubungkan LCD karakter 2 x 16 pada PIN 0 – PIN 5 sebagai tampilan. 6. Menggunakan PIN A4 sebagai input Data dan PIN A5 sebagai input Clock dari sensor SHT11. Langkah-langkah pengaturan/pengujian yaitu: 1. Dapat diisi program dengan Bootloader (dengan syarat rangkaian telah terhubung dengan catu daya 5V). 2. Melakukan pengaturan untuk menentukan kecerahan LCD 2 x 16 dengan mengatur multiturn. 3. Menjalankan program sederhana untuk mengecek fungsi push button
OP-200 R6 1M
Seminar Tugas Akhir
Juni 2016
ketika tidak ditekan dan ketika ditekan (push button terhubung pada PIN 8 dan PIN 9 ) Rangkaian PSA Thermocouple
R4
ENABLE 1
4k7
10k C7 10uf
C8 10uf
Dari
U19A U19A 1
2 -
R5
5 +
7
A1
6 4
CON2
3 +
telah
pembahasan
diatas,
dapat
1 2
R2
2 1
yang
Kesimpulan
J17 ENABLE 2
+5v
8
1
J8
3 2 1
seperti
PENUTUP
J15
J10 TES Sensor
dengan fungsinya direncanakan.
OP-200
disimpulkan bahwa
10k OP-200 R6 1M
Gambar 3.5 Rangkaian PSA Thermocouple
Spesifikasi modul rangkaian Pengendali Sinyal Analog Thermocouple 1. Tegangan input dari baterai 9volt DC 2. Mengunakan rangkaian filter pasif dan ic LM358 3. Memiliki penguatan 500x karena output dari sensor yang sangat kecil. Kinerja Sistem Keseluruhan Cara kerja modul alat kalibrasi suhu dilengkapi thermohygrometer ini ketika tombol power pada kondisi ON maka LCD 4x16 akan menginisialisasi hasil pembacaan dua buah sensor yang terpasang yaitu SHT 11 dan Thermocouple ,kemuadian program rata-rata akan berjalan,pada saat program berjalan pengguna diharap menunggu terlebih dahulu sampai suhu yang tampil pada LCD sudah stabil. Ketika sudah stabil maka pengguna dapat memasukkan sensor thermocouple kedalam alat yang akan diukur. Setelah diadakan pengujian dan pengukuran, maka dilakukan pendataan hasil untuk mengetahui ketepatan dari pembuatan modul yang penulis lakukan atau untuk memastikan apakah masingmasing bagian (komponen) dari rangkaian modul yang dimaksud telah bekerja sesuai
a. Pada
rangkaian
tegangan
kerja
minimum yang
system,
dibutuhkan
maksimum 5 VDC b. Setelah dilakukan pengolahan proram untuk menerima data suhu pada sensor thermocouple
maka
diperoleh
eror
terbesar sebesar 0,07%,dan eror terkecil sebesar 0%. c. Secara umum dapat disimpulkan bahwa modul thermohygrometer ini dapat digunakan sebagai alat pengukur suhu dan kelembaban, sebab toleransi error tidak melebihi 5%. Saran Pengembangan
penelitian
ini
dapat
data
untuk
dilakukan pada : a. Mode
penyimpanan
membantu operator memonitoring suhu dan kelembaban ruang. b. Mode Hold agar pembacaan data lebih mudah dan akurat.
Seminar Tugas Akhir DAFTAR PUSTAKA Dickson Kho. 2015 . Pengertian Termokopel (Thermocouple) dan Prinsip Kerjanya --. --. http://teknikelektronika.com/penge rtian-termokopel-thermocoupledan-prinsip-kerjanya/. (diakses 11 sempember 2015) Adi R W. 2011. Manfaat ThermoHygrometer untuk Budidaya Jamur Kuping . --. --. http://jamursegudang.blogspot.co.i d/2013/06/manfaat-thermo-hygrometeruntuk.html. (diakses pada 20 september 2015) Wenny Eka Pratiwi. 2011. Prinsip kerja termometer air raksa. --. Pekan Baru http://penjagahatizone.blogspot.co.id/2011/01/termo meter-air-raksa-fungsitermometer.html . (diakses pada 20 september 2015) Onny. 2011. Prinsip Kerja Termometer. --. --.
Juni 2016 FF6zpYJ0C&pg=PA39&lpg=PA39 &dq=standar+satuan+temperatur& source=bl&ots=TFFfqEL3i&sig=qJlY0fRc4Md4H9IcVK7k QRmu_C0&hl=id&sa=X&ved=0C B8Q6AEwAWoVChMI7cOqlqFyAIVggmOCh0n8gS_#v=onepag e&q=standar%20satuan%20temper atur&f=false (diakses pada 20 september 2015) --. 2012. Hygrometer. Laboratorium Core. Medan http://laboratoriumcore.blogspot.co .id/2012/04/hygrometer.html (diakses pada 20 september 2015) Saripudin, A., D. Rustiawan K., dan A. Suganda. 2009. Praktis Belajar Fisika 1 : untuk Kelas 10 Sekolah Menengah Atas / Madrasah Aliyah Program Ilmu Pengetahuan Alam. Pusat Perbukuan Departemen Nasional, Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta. http://perpustakaancyber.blogspot.c
http://artikelteknologi.com/prinsip-kerjatermometer/. (diakses pada 20 september 2015) Kamajaya. 2008. FISIKA. Grafindo
om/2013/01/temperaturperpindahan-kalor-pemuaian-zatpengukuran-pengertianperubahan.html (diakses pada 20 september 2015)
Media Pratama Grafindo Media Pratama. Bandung ,
Awan Suck T. 2014. Hygrometer Sebagai
https://books.google.co.id/books?id
Sensor Thermal
=cG-
Pendeteksi Kelembaban. --. --.
Seminar Tugas Akhir https://awambelajar.wordpress.com /2014/03/23/hygrometer-sebagaisensor-thermal-pendeteksikelembaban / (diakses pada 20 september 2015) Fahmizal. 2010. Cara kerja sensor SHT11 . --. --. https://fahmizaleeits.wordpress.co m/tag/cara-kerja-sensor-sht11/ . (diakses pada 20 september 2015) Trinanda L. 2014. ATMEGA328. --. Padang http://ymtry.blogspot.co.id/2014/02/atmega3 28.html. (diakses pada 20 september 2015) Rikidiantoro.2014.Makalah Thermocouple. --. Bandar Lampung. https://rikadiantoro.wordpress.com/2 014/03/25/makalah-termocouple/ (diakses pada 20 september 2015)
Juni 2016
