JURNAL SAINS DAN SENI POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) 1-6 1 Abstrak— Telah dibuat termometer digital berbasis mikrokontroler ATMEGA 16 dengan menggunakan termokopel tipe K untuk mengukur variasi suhu didalam mesin kriogenik dan mampu mengukur suhu -190,00 °C dengan ketilitian 0,01 °C. Termometer dikalibrasi dengan termometer digital Omega Data Logger. Pengambilan data suhu dilakukan dengan variasi ketinggian didalam mesin kriogenik. Variasi ketinggian sensor suhu diatur oleh sistem mekanik yang digerakkan oleh motor stepper. Material kriogenik yang digunakan menggunakan nitrogen cair dan es kering. Kata Kunci—Kriogenik, Termokopel I. PENDAHULUAN riogenik merupakan suatu ilmu yang membahas tentang produksi dan efek suhu rendah. Sistem ini menggunakan material dengan suhu rendah yang sangat ekstrem. [1] Menurut hukum termodinamika, terdapat batas untuk suhu terendah yang bisa dicapai, yang dikenal sebagai nol mutlak. Nol mutlak adalah nol dari skala temperatur absolut dengan suhu -273,15°C. Skala SI metrik absolut dikenal sebagai skala kelvin atau bisa dikatakan 0 °C sama dengan 273,15 K. Dalam skala Kelvin rentang kriogenik berada dibawah 120 K (- 153°C). Gas-gas seperti nitrogen, oksigen, helium dan sebagainya mengalami perubahan awal dari gas menjadi cair pada tekanan atmosfer dan dikenal sebagai cairan kriogenik atau kriogens. [2] Untuk mengetahui suhu rendah yang sangat kritis tersebut. Untuk mengetahui suhu rendah yang sangat kritis tersebut maka diperlukan sebuah alat ukur berupa termometer. Termometer sendiri merupakan pengembangan dari sebuah prinsip termokopel. Pada sebuah termokopel berlaku efek seebeck yaitu pengkonversian dari perubahan suhu yang dideteksi sebagai perubahan tegangan. [3] (Wikipedia) Karena perubahan tegangan pada sebuah termokopel sangat kecil maka diperlukan sebuah rangkaian penguatan tegangan agar nilai tegangan yang terdeteksi bisa diukur oleh alat ukur. Rangkaian penguat sendiri memiliki beberapa macam salah satunya merupakan penguat non inverting seperti yang akan digunakan dalam penelitian ini. Rangkaian non inverting ini hampir sama dengan rangkaian inverting hanya perbedaannya adalah terletak pada tegangan inputnya dari masukan non inverting. Rumus penguatan non inverting adalah seperti berikut : V o = (R f + R i )/V i ……………………………(1) Lalu persamaan menjadi V o = (R f /R i + 1)/V i …..……………………...(2) Hasil tegangan output non inverting ini akan lebih dari satu dan selalu positif. Rangkaiannya adalah seperti pada gambar 1 berikut ini. [4] Gambar 1 Rangkaian dasar op amp non inverting Selain memerlukan rangkaian penguat dalam rangkaian pengkarakterisasian sebuah kriogenik diperlukan sebuah motor steper sebagai penggarak termokopel. Hal ini dikarenakan suhu bahan terlalu rendah sehingga tidak boleh bersentuhan langsung dengan organ tubuh. Motor stepper sendiri merupakan jenis motor yang mendapat masukan masukan berupa pulsa listrik dan keluaran berupa gerak langkah untuk setiap pulsa input. Gerak langkah rotor adalah tetap untuk setiap masukan pulsa listrik. Pada dasarnya prinsip kerja motor stepper ini sama dengan motor DC yaitu dengan pembangkitan medan magnet untuk memperoleh gaya tarik maupun gaya tolak dengan menggunakan catu tegangan DC pada lilitan atau kumparannya. Perbedaannya adalah apabila pada motor DC menggunakan gaya tolak untuk menolak atau mendorong kutub magnet yang dihasilkan, maka pada motor stepper digunakan gaya tarik untuk menarik kutub magnet yang dihasilkan oleh kumparan. [5] II. METODOLOGI PENELITIAN Dalam perancangan pembuatan alat ini diawali dengan perancangan umum sistem dari keseluruhan. Adapun perancangan pembuatan rancang bangun sistem ini terbagi atas beberapa perangkat yang saling berhubungan yaitu perangkat elektronik (hardware) dan perangkat lunak (software) yang berisi instruksi untuk menjalankan program. A. Perancangan Perangkat Keras Pada tahapan ini adalah tahapan untuk membuat alat ukur elektronik dan pembuatan sistem mekanik. Sistem elektronik PENGGUNAAN TERMOKOPEL TIPE K BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA16 UNTUK MENGUKUR SUHU RENDAH DI MESIN KRIOGENIK Sigit Adi Kristanto, Bachtera Indarto Jurusan Fisika, Fakultas MIPA Institut Teknologi Sepuluh Nopember Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail: [email protected]K
6
Embed
1 PENGGUNAAN TERMOKOPEL TIPE K BERBASIS … · -200 °C hingga 1200 °C. Termokopel ini berbahan dasar ... digunakan Codevision AVR dan untuk menampilkan data ke . ... merupakan bahasa
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
JURNAL SAINS DAN SENI POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) 1-6
1
Abstrak— Telah dibuat termometer digital berbasis
mikrokontroler ATMEGA 16 dengan menggunakan termokopel
tipe K untuk mengukur variasi suhu didalam mesin kriogenik dan
mampu mengukur suhu -190,00 °C dengan ketilitian 0,01 °C.
Termometer dikalibrasi dengan termometer digital Omega Data
Logger. Pengambilan data suhu dilakukan dengan variasi
ketinggian didalam mesin kriogenik. Variasi ketinggian sensor
suhu diatur oleh sistem mekanik yang digerakkan oleh motor
stepper. Material kriogenik yang digunakan menggunakan
nitrogen cair dan es kering.
Kata Kunci—Kriogenik, Termokopel
I. PENDAHULUAN
riogenik merupakan suatu ilmu yang membahas tentang
produksi dan efek suhu rendah. Sistem ini menggunakan
material dengan suhu rendah yang sangat ekstrem. [1]
Menurut hukum termodinamika, terdapat batas untuk suhu
terendah yang bisa dicapai, yang dikenal sebagai nol mutlak.
Nol mutlak adalah nol dari skala temperatur absolut dengan
suhu -273,15°C. Skala SI metrik absolut dikenal sebagai skala
kelvin atau bisa dikatakan 0 °C sama dengan 273,15 K. Dalam
skala Kelvin rentang kriogenik berada dibawah 120 K (-
153°C). Gas-gas seperti nitrogen, oksigen, helium dan
sebagainya mengalami perubahan awal dari gas menjadi cair
pada tekanan atmosfer dan dikenal sebagai cairan kriogenik
atau kriogens. [2]
Untuk mengetahui suhu rendah yang sangat kritis tersebut.
Untuk mengetahui suhu rendah yang sangat kritis tersebut
maka diperlukan sebuah alat ukur berupa termometer.
Termometer sendiri merupakan pengembangan dari sebuah
prinsip termokopel. Pada sebuah termokopel berlaku efek
seebeck yaitu pengkonversian dari perubahan suhu yang
dideteksi sebagai perubahan tegangan. [3] (Wikipedia)
Karena perubahan tegangan pada sebuah termokopel sangat
kecil maka diperlukan sebuah rangkaian penguatan tegangan
agar nilai tegangan yang terdeteksi bisa diukur oleh alat ukur.
Rangkaian penguat sendiri memiliki beberapa macam salah
satunya merupakan penguat non inverting seperti yang akan
digunakan dalam penelitian ini. Rangkaian non inverting ini
hampir sama dengan rangkaian inverting hanya perbedaannya
adalah terletak pada tegangan inputnya dari masukan non
inverting. Rumus penguatan non inverting adalah seperti
berikut :
Vo = (Rf + Ri)/Vi ……………………………(1)
Lalu persamaan menjadi
Vo = (Rf/Ri + 1)/Vi …..……………………...(2)
Hasil tegangan output non inverting ini akan lebih dari satu
dan selalu positif. Rangkaiannya adalah seperti pada gambar 1
berikut ini. [4]
Gambar 1 Rangkaian dasar op amp non inverting
Selain memerlukan rangkaian penguat dalam rangkaian
pengkarakterisasian sebuah kriogenik diperlukan sebuah
motor steper sebagai penggarak termokopel. Hal ini
dikarenakan suhu bahan terlalu rendah sehingga tidak boleh
bersentuhan langsung dengan organ tubuh. Motor stepper
sendiri merupakan jenis motor yang mendapat masukan
masukan berupa pulsa listrik dan keluaran berupa gerak
langkah untuk setiap pulsa input. Gerak langkah rotor adalah
tetap untuk setiap masukan pulsa listrik. Pada dasarnya prinsip
kerja motor stepper ini sama dengan motor DC yaitu dengan
pembangkitan medan magnet untuk memperoleh gaya tarik
maupun gaya tolak dengan menggunakan catu tegangan DC
pada lilitan atau kumparannya. Perbedaannya adalah apabila
pada motor DC menggunakan gaya tolak untuk menolak atau
mendorong kutub magnet yang dihasilkan, maka pada motor
stepper digunakan gaya tarik untuk menarik kutub magnet
yang dihasilkan oleh kumparan. [5]
II. METODOLOGI PENELITIAN
Dalam perancangan pembuatan alat ini diawali dengan
perancangan umum sistem dari keseluruhan. Adapun
perancangan pembuatan rancang bangun sistem ini terbagi
atas beberapa perangkat yang saling berhubungan yaitu
perangkat elektronik (hardware) dan perangkat lunak
(software) yang berisi instruksi untuk menjalankan program.
A. Perancangan Perangkat Keras
Pada tahapan ini adalah tahapan untuk membuat alat ukur
elektronik dan pembuatan sistem mekanik. Sistem elektronik
PENGGUNAAN TERMOKOPEL TIPE K BERBASIS
MIKROKONTROLER ATMEGA16 UNTUK MENGUKUR
SUHU RENDAH DI MESIN KRIOGENIK
Sigit Adi Kristanto, Bachtera Indarto
Jurusan Fisika, Fakultas MIPA Institut Teknologi Sepuluh Nopember