III. METODOLOGI PENELITIAN
A. Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian alat pengukur kapasitansi berbasis phase-sensitive demodulation (PSD) ini akan dilakukan mulai bulan Januar 2015 sampai selesai bertempat di Laboratorium Terpadu Teknik Elektro.
B. Alat dan Bahan Penelitian 1. Alat Alat yang dibutuhkan untuk melakukan simulasi dan percobaan : a. Satu buah komputer terinstal OrCAD Cadence, Matlab dan Arduino. b. Satu buah Osiloskop. c. Satu buah project board. d. Multimeter. e. Solder, Penyedot dan timah. f. Alat kerja mekanik (tang potong pinset dan lain-lain)
2. Bahan Bahan yang dibutuhkan untuk melakukan percobaan : a. Arduino Uno R3 b. Dua buah IC AD827. c. Satu buah IC AD633.
34 d. Satu buah IC AD817. e. Kapasitor 22pF, 1pF, 2pF, 4pF, 7pF, 3,9nF, 1uF dan 100pF masingmasing satu buah. Dua buah 220pF. Delapan buah kapasitor 100nF. f. Resistor 500Ω, 2kΩ dan 22kΩ masing-masing satu buah. Tiga buah 1kΩ. g. Dua buah resistor Variabel 1kΩ dan satu buah 500Ω. h. PCB i. Kabel Coaxial. j. Tiga pasang Connector Coaxial. k. Kabel Penghubung secukupnya.
C. Langkah Kerja Penelitian
Sesuai diagram blok penelitian pada gambar 3.1 langkah kerja penelitian akan dilakukan dalam lima tahapan utama: 1. Simulasi. 2. Analisis Hasil Simulasi. 3. Eksperimen. 4. Perbandingan Simulasi dan Eksperimen. 5. Uji Coba Alat dengan Sensor ECVT 8 Elektrode.
35
Mulai
Persiapan: Literatur, Software simulasi, Komponen Eksperimen Tidak
Simulasi DDS Ad9850
Simulasi CVConverter+inverting
1
2
3
Sukses
Eksperimen LowPass Filter (LPF)
Pengambilan Data Hasil Uji Coba
Eksperimen Perbaikan sudut dengan All-Pass Filter
Pembuatan Laporan
Sukses
Selesai
Ya Pengambilan Data 10fF - 15pF kenaikan 10fF Pengolahan Data: Daerah Kerja, Kelinieran, Sensitivitas, MAE Tidak
Ya Pengambilan Data 1pF - 15pF kenaikan 1pF
Simulasi Analog Multiplier
Eksperimen DDS AD9850
Simulasi Low-Pass Filter
Eksperimen CVConverter+inverting
Perbandingan Simulasi dan Eksperimen
Simulasi perbaikan sudut dengan AllPass Filter
Eksperimen Analog Multiplier
Uji Coba Alat Pada Sensor ECVT
1
2
3
Gambar 3.1. Diagram blok penelitian.
1.
Simulasi OrCAD Cadence dipilih sebagai software simulasi untuk perancangan alat pengukur kapasitansi berbasis PSD. OrCAD Cadence memiliki banyak kelengkapan untuk melakukan perancangan perangkat elektronika. Capture dan PSpice yang akan digunakan salah satunya. Hasil yang diperoleh pun sangat mendekati nilai asli. Dapat juga sisimulasikan berdasarkan kondisi termal. Langkah dalam melakukan simulasi adalah sebagai berikut:
36 1. Membuka bagian aplikasi Capture pada OrCAD Cadence. Tampilan pertamanya akan seperti pada gambar 3.2. Atau jika pertama kali menggunakan akan ada tampilan start awal.
Gambar 3.2. Tampilan Awal OrCAD Capture.
2. Selanjutnya tekan Ctrl+N atau file new project, atau klik tombol net di pojok kiri atas. Selanjutnya tahapan pembuatan project. Akan ada kotak dialog kecil seperti gambar 3.3.
Gambar 3.3. Pembuatan Project Langkah 1.
37
Pada bagian ini masukan nama project. Pada pilihan New Project dipilih Analog or Mixed A/D. Dan pilih lokasi penyimpanan project yang digunakan. Dan klik Ok jika sudah selesai. Tampilan selanjutnya seperti gambar 3.4 project yang digunakan adalah project kosong. Maka pilih “Create a bank project”. Dan Ok.
Gambar 3.4. Pembuatan Project Langkah 2.
Layar tampilan project telah siap digunakan seperti diperlihatkan gambar 3.5. Maximize windows project agar leluasa digunakan.
Gambar 3.5. Tampilan Project jika berhasil dibuat.
38 3. Selanjutnya adalah bagian simulasi, untuk dapat melakukan simulasi diperlukan untuk membuat rangkaian. Komponen yang dibutuhkan untuk membuat rangkaian ada pada bagian “Place Part. Tolbar sebelah kanan bagian paling kiri atas. Atau pada Menu Bar pilih “Place”, dan pilih “Part”. Atau menekan tombol “P”. Seperti pada gambar 3.6.
Gambar 3.6. Memilih komponen dan memilih Library.
Untuk memperoleh komponen yang dibutuhkan, perlu untuk mengambil library yang sesuai. Library yang dibutuhkan adalah “Source”, “Analog_Dev” dan “Analog”.
4. Untuk menjalankan rangkaian dibutuhkan dua sumber tegangan. Satu Positif dan satu Negatif. Ambil “vdc” dari library “Source” 2 buah.
39
Gambar 3.7. Sumber Tegangan.
Cara membuat rangkaian buat sebagai berikut. Untuk memutar posisi komponen klik kanan pada komponen dan pilih miror atau rotate. Untuk menyambungkan rangkaian pilih wire, atau menekan tombol W. Dan berikan Ground dengan menekan pada tollbar Ground atau tekan tombol G, pilih Ground 0. Tambahkan Vcc_Bar di atas Vdc dengan mengambil pada tollbar Vcc atau dengan menekan tombol G. Ganti nama Vcc_Bar dengan +12 dan -12. Selanjutnya mengganti nilai Vdc dengan double klik komponen dan ganti nilai masing-masing sumber V1 dan V2 dengan 12Vdc. Hasilnya diperlihatkan gambar 3.8.
Gambar 3.8. Hasil Rangkaian Sumber.
Bagian tadi merupakan dasar dari pembuatan sebuah rangkaian. Yaitu memilih
komponen,
mengatur
letak
dan
posisi
komponen,
menyambungkan komponen, mengganti nilai dan nama komponen. Untuk selanjutnya tidak akan jauh dari apa yang dilakukan yang berbeda adalah komponen yang digunakan.
40 5. Selanjutnya pembuatan rangkaian pembangkit gelombang sinus yang sebanding dengan Direct Digital Synthesis (DDS) AD9850. Keluaran dari DDS adalah 1Vpp berbentuk DC. Gelombang sinus bisa dihasilkan dengan menggunakan Vsin pada library source. Nilai dari Vsin tersebut diatur sesuai gambar 3.9. Amplitudo gelombang “VAMPL” diatur sebesar 500mV dengan tegangan ofset DC “VOFF” 500mV frekuensi “FREQ” 500kHz dan AC 0.
Gambar 3.9. Sumber Sinus sebanding dengan DDS AD9850
Untuk memastikan keluaran sumber sesuai. Pilih New simulation pada menu bar PSpice “New Simulation Profil”, atau menekan tombol
.
Tampilan dialog pembuatan simulasi pun akan keluar. Pilih nama yang diinginkan, dan tekan Create.
Gambar 3.10. Pembuatan Profil Simulasi.
Gambar 3.11 adalah tampilan profil simulasi yang digunakan. Simulasi akan dilakukan selama 50μS jadi pada bian Run to time dibuat 50us.
41
Gambar 3.11. Pengaturan Profil Simulasi.
Dengan menekan tombol rum PSpice
atau menekan F11. Aplikasi
PSpice pun akan berjalan dan melakukan simulasi sesuai rangkaian yang ada pada Capture.
Gambar 3.12. Tampilan
42 PSpice dapat diatur tampilannya jika tidak sesuai dengan keinginan. Pada menu bar Tools pilih option. Pada Color Setting dapat diatur sesuai kebutuhan.
Gambar 3.13 Pengaturan tampilan PSpice.
Untuk melihat hasil simulasi dapat menggunakan Add Trace pada Pspice . Atau pada Capture menggunakan Probe
. Jika
menggunakan Add Trace perlu untuk memilih mana yang akan ditampilkan. Dengan kotak dialog gambar 3.14. Jika menggunakan probe. Pilih probe yang dibutuhkan, tegangan atau arus atau daya dan letakkan di tempat yang dibutuhkan.
Dari keluaran sumber tegangan yang sebanding dengan DDS AD9850 haruslah didapatkan gelombang sinus DC dengan besar amplitudo tegangan 500mV dan Offset DC 500mV dan frekuensi 500kHz.
43
Gambar 3.14. Dialog Add Trace.
6. Setelah mendapatkan gelombang yang sebanding dengan DDS AD9850. Selanjutnya untuk merangkai rangkak High-Pass Filter (HPF). Rangkaian HPF yang paling sederhana bisa didapatkan dengan dengan rangkaian Sallen-Key (SK) dengan pendekatan Butterworth satu stage orde ke dua sesuai dengan tinjauan pustaka. Yang diperlukan adalah. Satu IC AD817 dua kapasitor dan dua resistor.
Gambar 3.15. Rangkaian yang dibutuhkan untuk HPF.
44 Seperti pembuatan sumber tegangan pada langkah ke 4. Lakukan hal yang sama agar komponen pada gambar 3.15 akan seperti gambar 3.16.
Gambar 3.16. Komponen HPF yang telah selesai dirangkai.
Hubungkan rangkaian HPF dengan sumber tegangan DDS. Dan beri probe pada keluaran HPF. Tekan F11 untuk melihat hasil simulasi. Hasil simulasi haruslah memperlihatkan ofset DC 500mV menghilang. Dan tersisa gelombang sinus amplitudo 500mV frekuensi 500kHz
7. Gelombang yang dibutuhkan untuk rangkaian adalah gelombang sinus dengan amplitudo 10Vp dengan frekuensi 500kHz. Nilai keluaran dari HPF adalah amplitudo kurang dari 500mV. Rangkaian selanjutnya yang dibutuhkan adalah penguat tanpa pembalik (Non-inverting Amplifier). Untuk membuat rangkaian tersebut dibutuhkan 1 buah AD817, dan 2 buah resistor.
Seperti langkah sebelumnya rangkai komponen dan sambungkan dengan keluaran HPF seperti gambar 3.18.
45
Gambar 3.17. Komponen untuk membuat penguat tanpa pembalik.
Gambar 3.18. Penguat Tanpa Pembalik.
Untuk mendapatkan gelombang yang diinginkan berupa gelombang sinus 20Vpp. Perlu untuk mengatur besarnya R4. Secara teori diperlukan R4 sebesar 2kΩ untuk mendapatkan 21 kali penguatan. Tetapi perlu dicoba berulang kali mengganti nilai R4 agar didapatkan 20Vpp.
Sebagai catatan, penguat yang dibutuhkan sebenarnya dapat digunakan langsung pada HPF. HPF sendiri dapat digunakan sekaligus penguat. Tetapi untuk menjaga kestabilan, penguat dijadikan terpisah.
8. DDS ini akan lebih mudah dan stabil jika langsung dibuat sumber tegangan AC 20Vpp seperti yang diperlihatkan pada gambar 3.19.
46
Gambar 3.19. DDS yang telah disederhanakan.
9.
Setelah mendapatkan gelombang sinus dengan amplitudo 10Vp. Selanjutnya
merancang
CV-Converter.
Rangkaian
tersebut
membutuhkan AD817 Dari library “Analog_Dev” ditambah 4 buah kapasitor dan 1 buah resistor. Dan jangan lupa tambahkan ground. Gambar 3.20 memperlihatkan kebutuhan komponen tersebut.
Atur rangkaian dengan cara seperti langkah sebelumnya sehingga menjadi rangkaian pada gambar 3.21.
Gambar 3.20. Komponen yang dibutuhakan untuk membuat CVConverter.
Setelah itu ambil data hasil simulasi menggunakan F11. Amplitudo nilai AC 10Vp akan berubah menyesuaikan nilai Cx yang terpasang.
47
Gambar 3.21. Rangkaian CV-Converter
10. Simulasi selanjutnya adalah penguat pembalik. CV-Converter yang menyebabkan perubahan sudut gelombang menjadi 180o maka diperlukan pembalik agar sudut gelombang menjadi 0o. Langkah yang dilakukan persis seperti langkah 7 gambar 3.18. Dengan 1 buah AD817 dan 2 buah resistor. Dirangkai menghasilkan gambar 3.21.
Gambar 3.22. Penguat Pembalik (Inverting Amplifier).
11. Langkah Selanjutnya adalah membuat rangkaian All-Pass filter atau phase shifter. Rangkaian ini yang akan memperbaiki eror pergeseran sudut yang diakibatkan oleh CV-Converter. 1 buah IC AD817, 3 buah resistor dan 1 buah kapasitor yang dibutuhkan untuk membuat rangkaian tersebut sesuai gambar 3.23.
48
Gambar 3.23. Komponen untuk membuat All-Pass filter.
Seperti langkah sebelumnya rangkai komponen pada gambar 3.24 sesuai tinjauan pustaka. Melakukan pengaturan terhadap R11 untuk mendapatkan pergeseran sudut yang diinginkan.
Gambar 3.24. Rangkaian All-Pass filter.
12. Bagian terpenting dari Phase-sensitive Demodulation (PSD) yaitu bagian analog multiplier. Perkalian sinyal analog akan dibantu IC AD633 dari library “Analog_Dev” yang dibutuhkan hanya IC tersebut dan Vcc_Bar. Dan dirangkai sesuai gambar 3.23.
49
Gambar 3.25. Rangkaian Analog Multiplier.
X1 akan dihubungkan ke keluaran Inverting Amplifier langkah ke 9. Dan Y1 akan dihubungkan ke keluaran Non-Inverting Amplifier langkah ke 7 tetapi sebelumnya di bagian ini akan ditambahkan All-Pass filter untuk memperbaiki pergeseran sudut yang terjadi. Setelah itu hasil simulasi dapat diamati dengan menekan F11.
13. Langkah Terakhir adalah membuat rangkaian Low-pass Filter (LPF) komponen yang dibutuhkan sama seperti gambar 3.15, disusun sesuai dengan tinjauan pustaka.
Gambar 3.26 Rangkaian Low Pass Filter. Setelah dirangkai hasil keseluruhan dapat dilihat pada lampiran 1.
50 2.
Pengambilan Data dan Analisis Hasil Simulasi Setelah berhasil mendapatkan nilai DC dari keluaran LPF. Selanjutnya mengambil data nilai kapasitansi Cx dari 10fF hingga 15pF dengan kenaikan 10fF Di masukan ke dalam tabel 3, berupa nilai Cx yang terpasang, nilai Vo hasil LPF dan nilai Cx’ hasil perhitungan sesuai tinjauan pustaka terhadap Vo. Pengambilan data dilakukan menggunakan PSpice pada menu bar “file” pilih export, dan pilih text file. Buka hasil export lakukan pengolahan data dengan dibantu perangkat lunak Excel.
Tabel 3. Data Hasil Pengukuran Cx 10fF Hingga 15pF No. 1 2 3 5
Cx (fF) 10 20 30 --15000
Vo (mV)
Cx' (fF)
ΔV (mV)
ΔCx (fF)
E (%)
Dari pengambilan data tabel 3 akan dilakukan beberapa analisis sebagai berikut: a. Daerah kerja Pengambilan data untuk daerah kerja akan disimulasikan dengan kapasitansi Cx sebesar 10fF hingga 15pF dengan kenaikan 10fF yaitu tabel 3. Dari hasil tersebut lihat pada bagian mana nilai kapasitansi masih dapat terukur dan tidak dapat terukur, dan dapat diambil kesimpulan rentang daerah kerja rangkaian pengukur kapasitansi berbasis PSD ini. b. Garis Kelinieran Setelah diketahui daerah kerja dari rangkaian tersebut akan dialkukan analisis kelinieran dari kapasitansi Cx yang seharusnya terpasang terhadap
51 Vo yang didapatkan. Maka fungsi garis kelinieran f(x) pun akan didapatkan dengan metode regresi. c. Resolusi Masih menggunakan data pengukuran tabel 3 dihitung berapa resolusi rangkaian dengan cara, mengambil nilai rata-rata dari tegangan keluaran pada setiap perubahan 10fF. Nilai resolusi yang didapatkan akan bernilai mV/fF. d. Mean Absolute Error (MAE) Pengambilan data MAE akan dibantu software matlab. Dari data tabel 3. Sesuai tinjauan pustaka didapatkan nilai Cx’. Cx’ merupakan Cx hasil perhitungan yang didapatkan dari keluaran tahap keempat (LPF). Nilai Cx’ perhitungan ini akan dibandingkan dengan Cx yang seharusnya terpasang nilai perbandingan ini disebut nilai eror perhitungan. Nilai error tersebut akan digunakan pada matlab dengan fungsi mae(“data eror”). e. Kondisi Termal. Pengambilan data selanjutnya adalah mengetahui batas kondisi termal. Pada suhu berapakah batas kemauan dari rangkaian pengukur kapasitansi berbasis PSD ini. Data akan diambil menggunakan PSpice dengan bantuan Temperatur (sweep). Analisis ini penting mengingat rangkaian Pengukur kapasitansi menggunakan Peak detektor lemah dalam suhu. Semakin suhu rangkak tinggi. Maka data semakin tidak akurat. Pengambilan data akan dilakukan dari suhu -25oC hingga suhu 125oC dengan kenaikan suhu 5oC. Dan data dapat disimpan pada tabel 4.
52 Tabel 4. Data Kondisi Termal Rangkaian PSD Suhu (oC) -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 --125 Rata-Rata
Vo (V)
3. Eksperimen
Perancangan alat yang akan dilakukan diperlihatkan gambar 3.27. terdiri Direct Digital Synthesis (DDS), High-pass Filter (HPF)+penguat, CV Converter, Penguat pembalik, Analog Multipier, Low-pass Filter (LPF) dan All-Pass filter.
Gambar 3.27. Diagram Blok Perancangan Alat.
1. Power Supply Rangkaian keseluruhan memerlukan tegangan 12V DC, dan 5V DC untuk Arduino Uno R3. Untuk melakukan perancangan dibutuhkan Transformator penurun tegangan 220V AC menjadi 15V. Kemudian menggunakan full wave rectifier agar gelombang menjadi searah dan dipertahankan nilai DC dengan bantuan IC 7815 dan 7915 untuk
53 mempertahankan nilai DC 15V dan -15V. IC 7805 dan 7905 akan digunakan untuk kebutuhan Arduino.
2. Direct Digital Systhesis (DDS)
Gambar 3.27. DDS AD9850
Direct Digital Synthesis atau DDS adalah sebuah komponen yang mampu melakukan sintesis gelombang kotak dan atau gelombang sinus dengan frekuensi dan phase sesuai yang diinginkan. DDS akan bekerja dengan cara mengatur bit pada pin frekuensi dan phase. DDS yang akan digunakan adalah AD9850 yang telah dalam bentuk modul siap pakai seperti pada gambar 3.28. Dalam perancangan ini pengaturan bit akan dibantu oleh Arduino Uno R3. Sinyal yang akan digunakan adalah frekuensi 500kHz, 20Vpp.
Modul AD9850 memiliki 20 kaki, hanya 7 kaki yang akan digunakan 2 kaki Vcc 5V, 1 kaki ground, 4 sisanya adalah FQ_UD, W_CLK, DATA dan RESET.
54 W_CLK akan dihubungkan dengan pin 8, FD_UD akan dihubungkan dengan pin 9, DATA akan dihubungkan dengan pin10, dan RESET akan dihubungkan dengan pin 11 pada Arduino Uno R3
Setelah Arduino diprogram sesuai program yang tersedia pada lampiran 2. Keluaran akan memiliki frekuensi 500kHz dan Amplitudo 500mV, dan ofset DC 500mV.
Selanjutnya untuk menghilangkan nilai ofset DC dan menjadikan amplitudo 10Vp. Maka dilakukan perancangan High-pass Filter (HPF) dan penguat. Sesuai dengan gambar 3.16 dan 3.187 Untuk eksperimen akan digunakan AD827. Yaitu dua buah AD817 dalam satu IC
Gambar 3.28 Susunan Pin pada AD827.
Komponen yang dibutuhkan untuk merancang HPF adalah 2 buah kapasitor 220pF, dan 2 buah resistor masing-masing sebesar 1kΩ dan 2kΩ. Untuk penguat digunakan 1 buah resistor 100Ω untuk R3 dan 1 buah resistor variabel 5kΩ untuk R4.
3. CV-Converter dan Inverting Amplifier Rangkaian CV-Converter dan Inverting Amplifier juga akan disatukan dalam satu 1 IC AD827 seperti pada HPF dan penguat sebelumnya.
55
Rangkaian yang diperlihatkan oleh gambar 3.20 merupakan rangkaian tahap pertama CV-Converter yang akan dibangun. Bagian Cx akan dibuat kosong atau port untuk melakukan pengukuran kapasitor 1pF15pF dan sensor ECVT. Sedangkan Cf dan Rf yang digunakan bernilai Cf=22pF dan Rf = 22kΩ.
Rangkaian yang diperlihatkan oleh gambar 3.21 akan menggunakan resistor R5 sebesar 1kΩ, dan R5 sebesar 1kΩ. Faktor penguatan (Av) akan bernilai sebesar 1x atau disebut Unity Gain. Dan mendapatkan sinyal yang inverting dari sinyal CV-Converter. Phase yang berubah 180o akibat CV-Converter akan berbalik kembali Menai 0o.
4. All-Pass filter (Phase Shifter) Rangkaian penggeser phase ini berfungsi untuk memperbaiki eror phase yang diakibatkan oleh CV-Converter. Rangkaian ini akan menggunakan IC AD817 seperti pada gambar 3.30. dengan tambahan 2 resistor 1kΩ, 1 resistor variabel 200kΩ dan satu kapasitor 1uF, yang akan disusun sesuai gambar 3.25.
5. Analog Multiplier
Gambar 3.29. Susunan Pin AD633
56 Tahap ketiga adalah sinyal yang telah dilakukan inverting akan dikalikan dengan sinyal asal. Perkalian sinyal analog ini akan dilakukan oleh IC AD633. Perancangan Analog Multiplier tidak memerlukan komponen lain. Hanya menyambungkan X1 ke keluaran inverting amplifier, menyambungkan Y1 ke All-Pass filter, dan X2, Y2, Z akan masuk ke ground.
6. Low-pass Filter (LPF)
Gambar 3.30. Susunan Pin AD817
Rangkaian ini merupakan rangkaian tahap terakhir. Sesuai gambar 3.23, Low-pass Filter (LPF) akan dirancang menggunakan IC AD817 sesuai gambar 3.30. Rangkaian ini membutuhkan 2 buah resistor 220Ω dan 4,2kΩ, dan Kapasitor 1nF dan 2nF.
4.
Pengambilan Data Eksperimen 1pF sampai 15pF Kenaikan 1pF Pengambilan data eksperimen dibagi menjadi dua. Pertama pengambilan data bentuk gelombang dari setiap tahapan sistem PSD dengan bantuan osiloskop. Kedua pengambilan data menggunakan kapasitor 1pF hingga 15pF dengan kenaikan 1pF yang dimaukan ke dalam tabel 5.
57 Tabel 5. Data Hasil Eksperimen 1pF hingga 15pF kenaikan 1pF No.
Cx (pF)
1 2 3
1 2 3
15
--15
Vo (V)
Kosong (V)
Vo’ (V)
Cx' (pF)
ΔCx (pF)
E%
Rata-rata
5.
Perbandingan Data Simulasi dan Eksperimen Perbandingan data hasil simulasi dan eksperimen akan dibagi menjadi dua bagian. Pertama membandingkan bentuk gelombang dari setiap tahapan sistem pada nilai kapasitansi 1pF. Bagian kedua membandingkan nilai Cx’ hasil simulasi dan Cx’ hasil Eksperimen dengan data 1pF sampai 15pF dengan kenaikan 1pF yang dimasukkan ke dalam tabel 6. Tabel 6. Perbandingan Cx’ hasil Simulasi dan Eksperimen
No. 1 2 3 15
Cx (pF)
Simulasi Vo (V)
Cx' (pF)
Eksperimen V' (V)
Cx' (pF)
Eror Simulasi Δ Cx' (pF)
%
Eror Eksperimen Δ Cx' (pF)
%
1 2 3 --15
6. Uji Coba Alat dengan Sensor ECVT 8 Elektrode Setelah alat berhasil dirancang dan dapat digunakan. Langkah selanjutnya adalah pengambilan data eksperimen menggunakan Sensor ECVT. Teknik pengambilan data yang akan dilakukan adalah menentukan bahan dielektrik, dan mengambil nilai kapasitansi dari setiap pasangan elektrode. Algoritma pengukurannya sebagai berikut:
58 1. Tentukan bahan dielektrik dan masukan pada sensor. 2. Mengukur pasangan elektrode pertama. Lanjutkan pengukuran ke pasangan elektrode selanjutnya. Jika tidak ada pasangan elektrode yang lain lanjutkan tahap tiga. 3. Mengganti bahan dielektrik pada sensor dan kembali ke tahap dua. Jika bahan dielektrik sudah semua, maka berhenti. Bahan dielektrik yang akan digunakan ada 3 jenis yaitu udara, air, dan limbah minyak kelapa sawit.
Data akan dimasukkan ke dalam tabel 7. Tabel 7. Tabel Isian Untuk Eksperimen menggunakan Sensor ECVT No. 1 2 3 4
Pasangan Elektrode
Kategori
Vmax (V)
Vmin (V)
Vavg (V)
Cx' max (F)
Cx' min (F)
Seberang Samping Diagonal Atas
D. Kategori Pembagian Sensor ECVT 8 Elektrode
Gambar 3.31. Kategori Pembagian Sensor ECVT 8 Elektrode
Cx' avg (F)
59 Kategori pembagian pasangan elektrode sensor ECVT menjadi penting untuk mempermudah melakukan analisis. Pembagian pasangan elektrode sensor ECVT 8 Elektrode diperlihatkan tabel 8. Tabel 8. Penjelasan Kategori Setiap Pasangan Elektrode Sensor ECVT 8 Elektrode No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28
Pasangan Elektrode 1-2 1-3 1-4 1-5 1-6 1-7 1-8 2-3 2-4 2-5 2-6 2-7 2-8 3-4 3-5 3-6 3-7 3-8 4-5 4-6 4-7 4-8 5-6 5-7 5-8 6-7 6-8 7-8
Kategori Samping Seberang Samping Atas Diagonal Diagonal Atas Samping Seberang Atas Atas Diagonal Diagonal Samping Diagonal Atas Atas Diagonal Diagonal Diagonal Atas Atas Samping Seberang Samping Samping Seberang Samping
E. Perhitungan Cx (Cx’)
Sesuai dengan persamaan 43 dan 44, itulah cara untuk menghitung nilai Cx dari nilai tegangan keluaran.
60
𝐶𝑥 ′ =
20 𝑉𝑜 𝐶𝑓 𝐴2 𝐴𝑣 𝑐𝑜𝑠(𝛼)
(43)
Dengan nilai sudut atau phase sebagai berikut[10]. 𝛼 = cot −1 ( 𝜔𝐶𝑓 𝑅𝑓 )
(44)
Jika nilai di bawah ini diketahui, persamaan akan jadi lebih sederhana. Cf
: 22pF
A
: 10 V
AV
: 1x
Rf
: 22k Ω
f
: 500kHz
ω
: 2πf = 2.π.500k = 3,141592654 M rad/s
α
: 𝛼 = cot −1 ( 𝜔. 22𝑝𝐹. 22𝑘Ω) = 33,33152183𝑜 20.𝑉 .22𝑥10−12
𝑜 𝐶𝑥 ′ = 102 .1.𝑐𝑜𝑠(33,33152183 𝑜)
(45)
𝐶𝑥′ = 𝑉𝑜 . 5,26627𝑥10−12
(46)
Persamaan 46 adalah cara mudah untuk menghitung nilai Cx (Cx’).
