RANCANG BANGUN SISTEM PENGUKURAN IMPEDANSI LISTRIK PADA TEMPERATUR RENDAH BERBASIS FLUKE PM6306

RANCANG BANGUN SISTEM PENGUKURAN IMPEDANSI LISTRIK PADA TEMPERATUR RENDAH BERBASIS FLUKE PM6306 Mirzan Ghulami, Djoko Triyono, Arief Sudarmaji Program Sarjana Ekstensi, Departemen Fisika, FMIPA Universitas Indonesia [email protected], [email protected], [email protected] ABSTRAK Rancang bangun sistem pengukuran impedansi listrik pada temperatur rendah telah dibuat dari temperatur -110˚C hingga temperatur kamar. Pengukuran impedansi listrik menggunakan RCL meter fluke PM6306 yang dapat dikontrol melalui program mikrokontroler. Sistem pendingin dirancang agar mampu mendinginkan bahan uji secara non-kontak dengan menggunakan nitrogen sebagai cairan pendingin. Sistem pendingin juga dilengkapi dengan pemanas yang dapat dikendalikan secara Proporsional hingga temperatur 30˚C. Pengukuran impedansi listrik dilakukan dengan dua metode yaitu pada temperatur konstan dan pada saat peningkatan temperatur. Dari kedua metode pengukuran ini diperoleh impedansi listrik sebagai fungsi frekuensi, Z(f), dan temperatur, Z(T). antar-muka menggunakan LABVIEW melalui program pengendalian temperatur. hasil pengukuran berupa temperatur, impedansi dan sudut phase otomatis tersimpan dalam komputer dan ditampilkan dalam grafik T(t), Z(f), Z(T) dan plot Nyquist. Kata Kunci : Impedansi, Temperatur Rendah, Frekuensi, Fluke PM6306. ABSTRACT Low temperature system for electrical impedance measurement from -110˚C to room temperature has been made by using rcl meter fluke PM6306 controlled by microcontroller program. The cryostat was built to cool the sample without contact. Liquid nitrogen was used as liquid cooling. The cryostat also equipped by heater that can be controlled proportionally to heat up temperatur 30˚C. Impedance measurement can be carried out by two methods which are at constant temperature and during increasing temperature. From these methods, impedance as a function of frequency, Z(f), and as a function of temperature,Z(T), can be obtained. Interfacing was using labview through temperature controlling program. The results of measurement such as temperature, impedance, and its phase automatically recorded in computer and given in graphs T(t), Z(f), Z(T) and Nyquist plot. Keywords: Impedance, Low Temperature, Frequency, FlukePM6306.

1.

PENDAHULUAN Departemen fisika universitas Indonesia memiliki rcl-meter yang hanya bisa

digunakan pada temperatur ruang. Alat ini memiliki kemampuan untuk dikendalikan secara manual lewat tombol-tombol pada antar-mukanya atau dikendalikan dari jarak jauh dengan

Manajemen aset ..., Mirzan Ghulami, FT UI, 2013

komunikasi secara serial. Kerja alat ini akan lebih maksimal bila material yang diukur dapat divariasikan temperaturnya sehingga akan didapat fungsi baru yaitu fungsi temperatur. Selain itu guna memperpanjang umur pemakaian alat, maka alat lebih baik digunakan secara otomatis dengan antar-muka menggunakan komputer, karena pengguna tidak akan menggunakan rcl-meter secara langsung tetapi denganmengirimkan perintah-perintah lewat komputer. Penelitian ini dilakukan untuk membuat otomatisasi dari alat ukur rcl-meter dan rancang bangun pendingin untuk mendinginkan material pada saat pengukuran. Hasil penelitian ini nantinya dapat dimanfaatkan untuk menunjang penelitian-penelitian fisika khususnya fisika material. 2.

TINJAUAN TEORITIS RCL merupakan sebuah alat yang digunakan untuk mengukur sifat-sifat listrik suatu

objek. RCL meter dapat mengukur nilai hambatan, nilai kapasitansi, dan nilai induktansi pada benda. Selain itu RCL meter yang digunakan adalah fluke PM6306 yang dapat mengukur impedansi benda pada frekuensi tertentu. Pengukuran impedansi komponen yang dilakukan oleh RCL-meter berdasarkan dari teknik pengukuran arus dan tegangan yang melewati komponen tersebut. Arus dan tegangan yang terukur dari komponen tersebut kemudian dikonversi menjadi nilai-nilai berupa bilangan biner. Dari nilai-nilai tersebut maka Central Processing Unit (CPU) akan menghitung parameter kelistrikan dari komponen tersebut. Parameter-parameter kelistrikan tersebut kemudian dapat kita lihat pada layarLiquid Crystal Display(LCD). Pengukuran dapat dilakukan dengan menggunakan mode AUTO, atau manual dengan cara menentukan rangkaian equivalen secara seri atau secara paralel. Ketika mode AUTO dipilih maka sifat listrik dominan dan sifat listrik tidak dominan akan ditampilkan di layar LCD. Parameterparameter tambahan lainnya pun dapat ditampilkan dengan memilih pada keyboard secara manual, parameter ini adalah faktor kualitas (Q), faktor pelemahan (D), impedansi (Z), sudut (φ), tegangan (Vx), dan arus (Ix)[2]. Sifat listrik dominan yang dimaksut adalah ketika kita memiliki sebuah resistor maka resistor itu akan memiliki sifat kapasitansi atau resistansi pada frekunsi arus dengan frekuensi tertentu. Ketika mencapai nilai batas tersebut maka resistor yang memiliki nilai dominan sebagai hambatan dan nilai tidak dominan sebagai kapasitor atau induktor akan berubah sifat menjadi kebalikannya.


Masing- masing siklus perngukuran membutuhkan waktu 0.5 detik. Untuk pengukuran arus bolak-balik (alternating current) dalam satu siklus terdiri dari tujuh pengukuran terpisah yang berbeda-beda, kemudian hasilnya akan disimpan dan dievaluasi secara aritmatika. Hasil evaluasi tersebut kemudia di tampilkan pada layar LCD. Tujuh pengukuran terpisah tersebut adalah[2]: a. pengukuran tegangan pada 0˚ dan faktor penguat dalam b. pengukuran tegangan pada 90˚ c. pengukuran referensi pada 0˚ d. pengukuran referensi 90˚ pada faktor penguat >1 dan pengukuran arus 0˚ pada faktor penguat =1 e. pengukuran arus 0˚ pada faktor penguat >1 dan pengukuran arus 90˚ pada faktor penguat = 1 f. pengukuran arus 90˚ pada faktor penguat >1 dan pengukuran referensi 0˚ pada faktor penguat = 1 g. pengukuran referensi 0˚ pada faktor penguat >1 dan pengukuran referensi 90˚ pada faktor penguat = 1

Hasil dari ketujuh pengukuran disimpan pada setiap akhir siklus pengukuran. Mikroprosesor pada RCL-meter menggunakan nilai-nilai hasil pengukuran tersebut untuk menentukan rangkaian seri equivalen dari hambatan (Rs), rangkaian seri equivalen dari reaktansi (Xs), dan faktor qualitas Q = Xs/Rs dari komponen. Pada mode AUTO, mikroprosesor juga menentukan parameter dominan dan tidak dominan, menghitung nilainya, dan menampilkan bersamaan dengan simbol dari rangkaian equivalen. Jika salah satu parameter dipilih secara manual antara yang dominan dan yang tidak dominan , maka hanya parameter tersebut yang akan dihitung dan ditampilkan. Setelah itu pada siklus pengukuran selanjutnya akan dimulai dengan tujuh pengukuran terpisah kembali.

Gambar 1. Display RCL Meter[2]


Jika pada RCL meter menunjukkan gambar pada Gambar 2.1, hasil dari tujuh pengukuran dapat dilihat pada diagram phasor pada gambar 2.2

Gambar 2. Diagram Phasor RCL Meter[2] V = tegangan I = arus V1 = 0˚- tegangan V2 = 90˚ - tegangan Φ = sudut antara I dan V α = sudut antara I dan v1

Pada diagram, sudut antara hubungan I dan V menjadi kerugian induktansi. Pada setiap siklus pengukuran komponen-komponen berikut akan ditentuntukan, yaitu : Vp, Vq, Ip, dan Iq.Pada rangkaian seri hambatan dan reaktansi, nilainya didapat dari persamaan berikut.

=

=

3.

.

.

.

.

(2.1)

(2.2)

METODE PENELITIAN Rancangan sistem yang dibuat terdiri dari rancangan pendingin (cryostat), rancangan

rangkaian elektronika, rancangan program pengendalian temperatur pada mikrokontroler, dan


rancangan program pengendalian temperatur pada LabView. Pada rancangan cryostat terdiri dari pembuatan rancang bangun cryostat, konektor kabel, probe, dan pompa vakum.

Gambar 3. Blok Diagram Sistem

Pada rancangan elektronika terdiri dari pembuatan minimum sistem, pemanas, rangkaian sensor, rangkaian pemanas dan pemanas dengan daya dc. Rancangan program pengendalian temperatur pada mikrokontroler dibuat sedemikian rupa sehingga dapat mengkonversi nilai pembacaan sensor, mengatur daya pada pemanas, dan berkomunikasi secara serial dengan komputer. Pada rancangan program pengendalian temperatur pada labview juga dibuat sedemikian rupa sehingga dapat mengolah data yang dikirimkan oleh mikrokontroler, menampilkan kepada operator, dan menyimpan data yang telah diolah. Gambar 1 menunjukkan blog diagram dari sistem yang telah dibuat. Pembuatan sistem ini dimulai dengan pembuatan crysotat terlebih dahulu. Pada Gambar 1 terlihat bahwa nitrogen cair dimasukkan pada cryostat, hal ini dimaksudkan agar cryostat mengalami pendinginan yang disebabkan oleh cairan nitrogen. Cryostat yang telah dingin akan mendinginkan objek pengukuran dan sensor temperatur didalamnya. Sensor temperatur kemudian

memberikan

informasi

temperatur

didalam

cryostat

kepada

program

mikrokontroler. Mikrokontroler yang telah diprogram kemudian mengirimkan informasi tersebut secara serial kepada komputer. Dikomputer data tentang temperatur tersebut diolah dengan menggunakan program pengendalian temperatur. Dari hasil pengolahan data temperatur maka didapatkan nilai perbedaan temperatur didalam cryostat dengan temperatur yang diinginkan. Nilai perbedaan atau error ini kemudian dikirimkan kembali pada mikrokontroler untuk mengatur daya pada


pemanas. Pemanas ini nantinya akan memanaskan ruangan didalam cryostat agar temperatur dapat mencapai set point yang diinginkan. Bersamaan dengan itu cryostat juga mendinginkan objek pengukuran yang ada didalamnya. Objek ini dijepit menggunakan probe yang kemudian dihubungkan dengan konektor. Nilai dari impedansi probe kemudian diukur dengan menggunakan RCL meter merek Fluke tipe PM6306. Dalam pengukuran, probe standar milik fluke juga dihubungkan dengan konektor yang ada diluar cryostat. Nilai-nilai yang terbaca pada cryostat kemudian diinputkan secara manual kepada LabView untuk kemudian diolah dan disimpan dalam bentuk tabel. 4.

HASIL PENELITIAN Pengujian pertama yang dilakukan adalah uji pendinginan pada cryostat. Pengujian

pertama dilakukan dengan menuangkan nitrogen cair secara sedikit demi sedikit. Pengujian ini dilakukan dengan tujuan melihat efek pendinginan dengan pemakaian nitrogen cair sehemat mungkin. Pada pengujian pertama tempat penampung nitrogen cair ditutup menggunakan busa sterofoam.

Grafik Pendinginan Percobaan 1 0.0

200.0

400.0

600.0

800.0

1000.0 1200.0 1400.0 1600.0

0.00 -10.00

TEMPERATUR ( C)

-20.00 -30.00 -40.00 -50.00 -60.00 -70.00 -80.00 -90.00 -100.00

WAKTU (S)

Gambar 4. Grafik Pendinginan Percobaan Pertama


Gambar 11 merupakan grafik yang didapatkan dari pengujian pendingingan menggunakan nitrogen cair sehemat mungkin. Pada percobaan ini jumlah nitrogen cair yang digunakan ± 5 liter atau setengah dari wadah penyimpanan nitrogen. Dari grafik ini terlihat bahwa proses pendinginan mencapai temperatur maksimum sebesar ± 89˚C. Proses ini ditempuh selama ± 1600 detik atau 26 menit. Gambar 4.6 juga menunjukkan bahwa pada proses ini pendinginan terjadi cukup lambat. Selain itu pada saat nitrogen cair telah habis dari penampungan, terlihat pada ujung garis berwarna biru kecendrungan untuk terjadi pemanasan dengan cepat. Percobaan pendinginan kedua dilakukan dengan menghabiskan nitrogen cair lebih banyak dari percobaan pertama. Pada percobaan ini jumlah nitrogen yang dituang ± 8 liter secara sedikit demi sedikit. Pengujian ini dilakukan dengan perbaikan berupa isolasi cryostat dari temperatur ruangan dengan menggunakan selimut yang cukup tebal. Setelah menuangkan nitrogen cair sebanyak ± 8 liter, tempat nitrogen cair ditutup dengan menggunakan busa. Pada kondisi ini nitrogen cair menguap dengan sangat cepat. Agar uap dingin tersebut tidak terbuang dengan sia-sia, maka uap tersebut digunakan untuk mendinginkan bagian luar cryostat dengan cara menyelimuti dinding cryostat dengan selimut tebal. Selimut tersebut dipasang menutupi lubang tempat menuang nitrogen cair, kemudian selimut tersebut dililitkan ke sekeliling cryostat. Dengan cara ini maka uap nitrogen cair yang keluar akan melewati dinding-dinding luar cryostat dan lapisan selimut sehingga temperatur di sekitar cryostat ikut mengalami pendinginan.


500.0

1000.0

1500.0

2000.0

2500.0

3000.0

40.00

TEMPERATUR (C)

20.00 0.00 -20.00 -40.00 -60.00 -80.00 -100.00 -120.00

WAKTU (S)


3500.0

Grafik 5. Grafik Pendinginan Percobaan Kedua Gambar 5 merupakan grafik yang didapatkan dari pengujian pendinginan pada percobaan kedua. Pada grafik ini terlihat bahwa dengan perlakuan yang berbeda dari percobaan pertama nilai pendinginan yang didapat akan lebih rendah. Pada percobaan kedua nilai maksimum pendinginan yang dicapai adalah -100˚C dengan waktu pendinginan mencapai temperatur maksimum ±2500 detik atau 41 menit. Pada percobaan kedua cryostat dapat mempertahankan nilai pada temperatur rendah lebih lama daripada percobaan pertama. Terlihat pada Gambar 4.8 setelah mencapai titik maksimumnya cryostat mengalami kestabilan temperatur selama ±800 detik atau 13 menit. Percobaan pendinginan ketiga dilakukan dengan sedikit perbedaan perlakuan dari percobaan kedua. Pada percobaan ini nitrogen cair tidak dituangkan secara sedikit demi sedit akan tetapi langsung diisi ke dalam cryostat hingga penuh. Setelah nitrogen cair penuh lubang cryostat ditutup dengan menggunakan busa, setelah itu cryostat ditutup menggunakan selimut tebal sama seperti percobaan kedua. Pada percobaan ketiga nitrogen yang digunakan ±9 liter, yaitu sebanyak 1 tabung nitrogen cair penuh.


200.0

400.0

600.0

800.0 1000.0 1200.0 1400.0 1600.0 1800.0

40 20

TEMPERATUR (C)

0 -20 -40 -60 -80 -100 -120

WAKTU (S)

Gambar 6. Grafik Pendinginan Percobaan Ketiga


Gambar 6 memperlihatkan grafik pendinginan dari percobaan ketiga. Percobaan ini dinilai sebagai percobaan yang paling baik karena nilai pendinginan maksimum mencapai 110˚C. Percobaan ketiga ini juga memerlukan waktu yang paling singkat dalam mencapai nilai pendinginan maksimum yaitu sebesar ±1600 detik atau 26 menit. Sebelum melakukan pengujian dengan menggunakan sistem kontrol, dilakukan pemanasan alami tanpa menggunakan heater. Hal ini untuk melihat respon pemanasan yang dimiliki oleh cryostat.

Grafik Pemanasan Percobaan 1 0

500

1000

1500

2000

0 -10

TEMPERATUR (C)

-20 -30 -40 -50 -60 -70 -80

WAKTU (S)

Gambar 7. Grafik Pemanasan Alami Pada Percobaan Pertama Gambar 7 merupakan hasil yang didapat dari percobaan pemanasan cryostat secara alami. Temperatur naik dengan cepat hingga sekitar -5˚C. waktu yang dibutuhkan cryostat untuk pemanasan alami dari temperatur -75˚C hingga -5˚C adalah ±1800 detik atau 30 menit. Percobaan pemanasan ini juga dipengaruhi oleh perlakuan pada percobaan pendinginan pertama, yaitu menggunakan nitrogen sehemat mungkin dan tidak menggunakan isolasi termal berupa selimut disekeliling cryostat. Percobaan pemanasan kedua dilakukan dengan memberikan daya 50 persen pada pemanas untuk melihat respon dari cryostat. Percobaan pemanasan kedua merupakan percobaan yang dilakukan setelah percobaan pendinginan kedua sehingga perlakuan yang diberikan sama.


Grafik Pemanasan Percobaan 2 0.0

1000.0

2000.0

3000.0

4000.0

5000.0

6000.0

7000.0

40.00 20.00

TEMPERATUR (C)

0.00 -20.00 -40.00 -60.00 -80.00 -100.00 -120.00

WAKTU (S)

Gambar 8. Grafik Pemanasan Pada Percobaan Kedua dengan Daya Pemanas 50% Gambar 8 merupakan grafik dari pemanasan pada percobaan kedua dengan menggunakan pemanas yang diberi daya sebesar 50%. Dari hasil yang didapat terlihat bahwa dengan menggunakan pemanas, peningkatan temperatur dapat dicapai secara linier. Waktu yang digunakan dalam pemanasan pada percobaan ke-2 dari -95˚C hingga 20˚C adalah ±5000 detik atau 83 menit. Waktu pemanasan yang dibutuhkan lebih lama dari percobaan pertama namun lebih linier. Percobaan kedua dinilai lebih baik dari percobaan pertama karena waktu untuk pengukuran menggunakan rcl meter menjadi lebih lama. Percobaan pemanasan ketiga dilakukan dengan menggunakan kontrol proporsional. Daya yang diberikan pada pemanas bergantung dari nilai error yang didapat. Percobaan pemanasan ketiga dilakukan setelah percobaan pendinginan ketiga maka dari itu perlakuan yang diberikan pada percobaan ini sama.


Gambar 9. Grafik Pemanasan Percobaan Ketiga dengan Kontrol Proporsional Gambar 9 merupakan grafik yang didapat dari percobaan pemanasan pada percobaan ketiga. Titik-tik yang berwarna merah merupakan set point yang diberikan, sedangkan titiktik yang berwarna biru merupakan temperatur didalam cryostat yang terukur. Terlihat pada Gambar 4.13 bahwa waktu yang diperlukan untuk melakukan pemanasan lebih lama daripada percobaan pertama atau kedua. Pada percobaan ketiga waktu yang dibutuhkan untuk pemanasan dari temperatur -110˚C hingga 20˚C adalah ± 10000 detik atau 2 jam 47 menit. Pada Gambar 16 juga memperlihatkan keadaan titik-titik dengan peningkatan yang landai yaitu pada 0 detik hingga 4000 detik, hal ini menggambarkan pada saat tersebut nitrogen cair belum habis sehingga pemanasan berjalan sangat lambat. Namun setelah nitrogen habis peningkatan temperatur terjadi secara cepat. Dalam hal ini seharusnya kontrol proporsional dapat mengatur agar temperatur berjalan secara konstan. Namun masalah yang dihadapi adalah pada saat terjadi pemanasan tidak ada lagi cairan pendingin yang bisa menahan pemanasan. Temperatur dingin yang tersisa berasal dari dinding-dinding cryostat dan udara sekitar yang bukan merupakan sumber dingin. Namun demikian percobaan ketiga dinilai lebih baik dari pada percobaan pertama dan kedua karena temperatur naik dengan lambat sehingga memudahkan pengambilan data rcl meter secara manual.


Pengujian sistem yang telah dilakukan bertujuan untuk mengukur sample barium titanat. Pada sub bab ini akan dibahas tentang hasil pengukuran sifat listrik barium titanat dengan sistem cryostat yang telah dibuat.

Impedansi BaTiO3 terhadap Frekuensi pada T Kamar 2500

Impedansi

2000 1500 1000 500 0 100

1000

10000

100000

1000000

Frekuensi

Gambar 10. Grafik Impedansi BaTiO3 terhadap Frekuensi pada Temperatur Kamar

Grafik Impedansi BaTiO3 terhadap Frekuensi pada Temperatur Rendah 40000.0

IMPEDANSI (OHM)

35000.0 30000.0 25000.0 20000.0 15000.0 10000.0 5000.0 0.0 100

1000

10000

100000

1000000

FREKUENSI (Hz)

Gambar 11. Grafik Impedansi BaTiO3 terhadap Frekuensi pada Temperatur Rendah


Gambar 18 menunjukkan hasil pengukuran impedansi barium titanat pada temperatur rendah yang telah dilakukan. Pada pengukuran ini menggunakan cara pengukuran yang sama dengan saat temperatur kamar, yaitu menggunakan tegangan 1 volt dan variasi frekuensi dari 100Hz hingga 1MHz dengan perubahan yang logaritmik. Pengukuran ini membuktikan bahwa terjadi perbedaan impedansi antara temperatur ruang dengan temperatur rendah. Pada kondisi temperatur kamar dengan tegangan 100Hz impedansi barium titanat bernilai ±2400 Ohm, sedangkan pada temperatur rendah impedansi barium titanat naik hingga ±35000 Ohm.

Nyquist Plot BaTiO3 pada T Kamar 0.00

500.00

1000.00

1500.00

2000.00

2500.00

0 -100

Z SIN PI

-200 -300 -400 -500 -600

Z COS PI

Gambar 12. Plot Nyquist BaTiO3 pada Temperatur Kamar


Nyquist Plot BaTiO3 pada T Rendah 0

5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000

0.00 -2000.00

Z SIN PHI

-4000.00 -6000.00 -8000.00 -10000.00 -12000.00 -14000.00

Z COS PHI

Gambar 13. Plot Nyquist BaTiO3 pada Temperatur Rendah Gambar 12 dan Gambar 13 menggambarkan nyquist plot dari barium titanat yang diukur pada keadaan yang berbeda. Pada gambar 19 barium titanat diukur pada saat temperatur kamar, dan pada gambar 13 barium titanat diukur pada temperatur rendah. Terdapat perbedaan nilai yang sangat besar antara kedua pengukuran ini baik nilai impedansi real maupun impedansi imajiner. Kedua pengukuran ini menghasilkan bentuk setengah lingkaran yang berada pada kuadaran kedua. Hal ini menandakan barium titanat memiliki sifat kapasitansi. Selain dengan frekuensi yang bervariasi, barium titanat juga diukur dengan perubahan temperatur tiap 1derajat celcius dari -110˚C hingga 20˚C. pengukuran ini dilakukan dengan tegangan 1 volt dan frekuensi 50KHz.


Impedansi BaTiO3 terhadap T dengan F 50KHz IMPEDANSI (Ohm)

4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0

-120

-70

-20

30

TEMPERATUR (C)

Gambar 14. Pengukuran Impedansi BaTiO3 dengan Variasi Temperatur Dari hasil pengukuran yang ditunjukkan oleh gambar 21 terlihat bahwa pada temperatur dibawah -90˚C impedansi tidak dapat diukur dengaan baik karena nilai pada rcl meter selalu berubah-ubah. Namun diatas -90˚C pengukuran impedansi berjalan dengan baik. Terlihat hasil impedansi yang semakin berkurang bersamaan dengan meningkatnya suhu cryostat. 5.

PEMBAHASAN Cryostat yang dibuat dirancang agar dapat mendinginkan objek pada temperatur yang

sangat rendah. Pada temperatur tersebut akan terbentuk bunga-bunga es bila pada udara sekitarnya terdapat uap air. Oleh karena itu cryostat dirancang untuk di vakum berkali-kali kemudian diinjeksi dengan gas nitrogen murni. Hal ini bertujuan untuk membuang udara yang mengandung air. Dari pengujian yang dilakukan didapatkan kondisi ruang vakum sebesar 30 Torr. Hal ini menandakan bahwa terjadi kebocoran pada cryostat. Kebocoran ini mengakibatkan saat selang dari pompa vakum ditutup, kondisi ruangan cryostat secara perlahan-lahan akan kembali ke tekanan 1 atm atau 760 Torr. Setelah melakukan uji vakum dilanjutkan pengujian dengan memberikan udara bertekanan pada cryostat. Pengujian ini dilakukan sebagai simulasi sebelum menggunakan


gas nitrogen murni. Udara bertekanan dihasilkan dari pompa rotary yang digunakan untuk vakum. Dengan memindahkan selang ke lubang pembuangan maka akan didapatkan udara bertekanan. Hasil yang didapat dari pengujian ini adalah sambungan-sambungan pada dinding cryosat tidak dapat menahan udara tersebut. Seal-seal yang digunakan sebagai pelapis juga terdorong keluar dari cryostat. Kondisi ini dianggap akan merusak mekanisme cryostat sehingga pengujian dengan memasukkan udara bertekanan dihentikan. Selain itu uji vakum juga dilakukan sambil menuangkan nitrogen cair kedalam cryostat. Nitrogen cair membutuhkan waktu yang cukup lama untuk mendinginkan seluruh isi cryostat. Temperatur yang cukup dingin mengakibatkan karet seal yang digunakan menjadi lebih getas sehingga keadaan ruang cryostat yang sebelumnya berada dalam keadaan vakum 30 torr berubah menjadi 200 torr. karet seal yang getas mengakibatkan kebocoran pada cryostat semakin bertambah besar. Bila pompa vakum terus dihidupkan pada saat terjadi pendinginan, maka terjadi bunyi cracking pada dinding-dinding cryostat. Maka dari itu pengujian dengan pompa vakum dihentikan pada saat terjadi pendinginan karena dikhawatirkan mekanisme cryostat akan mengalami keretakan. Pengukuran impedansi barium titanat bertujuan untuk melihat respon impedansi bila diberikan tegangan pengukuran dengan variasi frekuensi. Tegangan pengukuran yang diberikan adalah 1 volt dengan frekuensi dari 100Hz hingga 1MHz dengan perubahan secara logaritmik.dari gambar 17 terlihat bahwa impedansi barium titanat menurun bersamaan dengan meningkatnya frekuensi tegangan. Untuk membandingkan hasil pengukuran tersebut maka pengukuran impedansi barium titanat dilakukan dengan perlakuan yang berbeda, yaitu pada kondisi temperatur yang sangat rendah. 6. 

KESIMPULAN Rancang bangun sistem pengukuran impedansi pada temperatur rendah telah selesai dibuat dengan pendinginan maksimum sebesar -110˚C hingga temperatur kamar sebesar 28˚C.



Probe yang telah dibuat mampu bekerja dengan baik pada pengukuran impedansi dengan sinyal dc hingga sinyal ac dengan frekuensi maksimum 100KHz.



Sensor dan rangkaian pengkondisi yang telah dibuat dikalibrasi pada temperatur -196˚C


hingga temperatur kamar 30˚C. Sensor tersebut telah digunakan pada sistem dan dapat mengukur temperatur dengan baik hingga -110˚C. 

Sistem kontrol proporsional yang telah dibuat tidak dapat bekerja dengan baik. Hal ini dikarenakan daya pemanas yang terlalu kecil dan persediaan nitrogen cair yang terbatas.



Pengukuran yang dilakukan terhadap sample menunjukkan bahwa impedansi listrik barium titanat dapat berubah tergantung dari kondisi temperatur sekitarnya.

7.

SARAN



Pembuatan cryostat dan probe sebaiknya dibuat dengan ukuran yang lebih kecil. Hal tersebut dilakukan karena ukuran sample yang kecil dan juga untuk efisiensi biaya pembuatan dan biaya operasional saat pengukuran (karena jumlah nitrogen cair yang digunakan akan lebih sedikit).



Pembuatan cryostat sebaiknya dibuat menggunakan stainless steel berbentuk pipa dengan ketebalan minimal 3mm. Hal tersebut dilakukan agar cryostat dapat di vakum atau di isi gas pada temperatur rendah.



Pembuatan flange pada cryostat sebaiknya menggunakan bahan yang tebal dan rata agar tidak terjadi kebocoran pada cryostat.



Pembuatan tutup cryostat sebaiknya dibuat dengan menggunakan mekanisme yang lebih baik supaya tidak mempersulit dalam membuka atau menutup cryostat.

8.

KEPUSTAKAAN

[1]

Wijaya, Sastra Kusuma. Analisa Rangkaian Arus Bolak-Balik.Depok : Diktat

Elektronika 1. [2] Ekin, Jack W.(2006).Experimental Techniques for Low Temperature Measurement.New York:Oxford University Press Inc. [3] Fluke.Users manual. Programmable Automatic RCL meter-PM6306.May 1996, Rev 2


RANCANG BANGUN SISTEM PENGUKURAN IMPEDANSI LISTRIK PADA TEMPERATUR RENDAH BERBASIS FLUKE PM6306

Recommend Documents