Seminar Tugas Akhir
Juni 2017
KALIBRATOR SUHU DENGAN THERMOCOUPLE DAN THERMOHYGROMETER DILENGKAPI PENYIMPANAN DATA (Aviliana Kusuma Bintari1, 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 1% pada suhu 110, 60 dan70.°Celcius dan menunjukan presentase eror terkecil yaitu 0%. Hasil data perbandingan antara modul dengan alat dari BPFK terdapat selisih dari hasil pengukuran yaitu untuk selisih terbesar pada suhu 140°C sebesar sebesar 1.07°C sedangkan untuk selisih terkecil pada suhu 50 °C sebesar 0.08 °C. Kata Kunci : Thermocouple, Thermohygrometer, Sterilisator, Suhu, Kelembaban, EEPROM
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 menggunakan gabungan alat kalibrasi suhu dengan temocouple dan termohygrometer sebagai pengukur suhu alat dan thermohygrometer sebagai pengukur suhu dan kelembaban ruangan dengan hasil deteksi suhu yang tidak linier. Menurut pengamatan penulis bahwa proses kinerja kegiatan kalibrasi kurang efektif, karena proses pengukuran data yang didapat hasilnya tidak linear. Alat thermometer pernah dibuat oleh Yuli Sufia Rifqi dan Nurlintang Brilianova (tahun 2012) dan Eta Oktasari (Tahun 2013) yang memiliki fungsi untuk mengukur suhu tubuh pada manusia. Alat Thermohygrometer ini pernah dibuat oleh Anindya pada tahun 2015, akan tetapi hanya mempunyai satu fungsi saja. Gabungan alat termohygrometer dan thermometer dibuat oleh Mochammad Sofyan pada tahun 2016 dilengkapi pengkonversi satuan suhu pada alat pengukur suhu, tetapi tidak adanya penyimpanan data, dengan adanya penyimpanan data diharapkan dapat meminimalisir waktu saat melakukan pengukuran dan
Juni 2017 pencatatan. Berdasarkan identifikasi masalah diatas, penulis bermaksud ingin membuat alat Kalibrator Suhu dengan Thermocouple dan Thermohygrometer dilengkapi Penyimpanan Data, yang dapat mengukur suhu alat dan data suhu tersebut dapat langsung tersimpan pada EEPROM. Batasan Masalah 1.1.1 Menggunakan Arduino Uno 328P 1.1.2 Menggunakan sensor kelembapan DHT22 1.1.3 Menggunakan sensor suhu LM35 1.1.4 Menggunakan sensor Thermocouple Type K 1.1.5 Menampilkan output suhu alat, suhu dan kelembaban ruangan dengan 2 digit angka dibelakang koma 1.1.6 Mengukur suhu alat antara 0 derajat – 200 derajat 1.1.7 Mengkonversikan satuan suhu Celcius menjadi Fahrenheit, Rheamur dan Kelvin 1.1.8 Menampilkan pada LCD 4x16 1.1.9 Batas penyimpanan maksimal sebanyak 5 kali data Rumusan Masalah Dapatkah dibuat alat kalibrator suhu dengan thermocouple dan thermohygrometer dilengkapi penyimpanan data ? Tujuan Penelitian 1.1.1
Tujuan Umum Dikembangkannya alat“Kalibrator Suhu dengan Thermocouple dan Thermohygrometer Dilengkapi Penyimpanan Data”
1.1.2 Tujuan Khusus 1.1.2.1 Menggunakan Arduino Uno ATMega 328P 1.1.2.2 Membuat program untuk menjalankan sistem mikrokontroller 1.1.2.3 Membuat program konversi suhu 1.1.2.4 Melakukan pembandingan dengan alat yang sudah terkalibrasi
Seminar Tugas Akhir 1.1.2.5 Membuat program untuk 5 kali penyimpanan data 1.1.2.6 Melakukan uji fungsi alat Manfaat Penelitian 1.1.3
Manfaat Teoritis Meningkatkan wawasan dan pengetahuan mahasiswa teknik elektromedik Meningkatkan wawasan
Juni 2017 akan tersimpan menggunakan program EEPROM ketika di tekan tombol save berfungsi untuk penentuan menyimpan hasil pengukuran yang pasti. Tombol reset berfungsi mereset kembali atau mengkosongkan data. Tombol memori untuk menampilkan data tersimpan. Diagram Alir Proses/Program
dan pengetahuan mahasiswa teknik elektromedik mengenai alat kalibrasi khususnya yang berhubungan dengan suhu dan thermohygrometer. Dan sebagai referensi penelitian selanjutnya. 1.1.4
Manfaat Praktis
Dengan adanya tugas akhir ini diharapkan dapat tercipta alat kalibrasi yang lebih efisien. Selain itu memudahkan pengguna untuk
melakukan pengukuran suhu. Dan pengukuran suhu dapat disimpan di dalam memori EEPROM.
METODOLOGI Diagram Blok Sistem
Gambar 3.2 Diagram Alir Program
Start kemudian terjadi inisialisasi dari penginisialisasian input-output mikrokontroler dan antarmuka LCD 4 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 dan ketika tombol save ditekan maka pembacaan suhu akan berhenti kemudian data akan tersimpan.
Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem
Diagram Mekanis Sistem Ketika power on/off dalam kondisi on maka seluruh rangkaian akan mendapat tegangan. Sensor akan mendeteksi suhu dan kelembaban yang kemudian masuk pada IC ATMEGA 328P, Lalu tampil pada LCD karakter hasil dari penguran suhu dan kelembaban. Ketika Tekan tombol konversi, maka hasil pengukuran suhu yang awalnya memiliki satuan suhu Celcius maka akan dikonversikan menjadi satuan suhu Fahrenheit, Rheamur dan Kelvin. Hasil
Desain diagram mekanis sistem dibuat untuk mengetahui rancangan box alat. Rancangan box alat Kalibrasi Suhu dengan Thermocouple dilengkapi Thermohygrometer terlihat seperti gambar dibawah ini:
Seminar Tugas Akhir
Juni 2017 Hasil Perhitungan dan Analisis Data Tabel 3.3 Tabel hasil perhitungan dan analisis Data SETTI NG SUHU( °C)
SIMPAN GAN
ERR OR %
30
0,32
0%
40
0,2
0%
50
0,19
0%
60
0,22
1%
70
0,27
1%
80
0,24
0%
90
0,29
0%
100
0,26
0%
110
-1,55
1%
120
0,11
0%
HASIL PENGUKURAN DAN ANALISIS
130
0,05
0%
Hasil Pengukuran Test Point
140
0,18
0%
150
0,27
0%
160
0,26
0%
170
0,23
0%
180
0,17
0%
190
0,16
0%
200
0,09
0%
Gambar 3.3 Diagram Mekanis Sistem
Dimensi : 1. Panjang = 11 cm 2. Lebar = 13 cm 3. Tinggi = 4,6 cm Keterangan : 1. Tombol Konversi 2. Tombol Save 3. Tombol Memori 4. Tombol Reset 5. Tombol ON/OFF 6. Konektor input sensor thermocouple 7. Konektor input sensor DHT22 8. Konektor input sensor LM35 9. Indikator Batrey
Test Point merupakan suatu titik yang digunakan untuk mengukur output tegangan pada titik tertentu. Berikut merupakan tabel hasil keluaran penguatan dari PSA LM35 sebagai penguta ouput dari LM35 Tabel 3.1 Hasil test point PSA LM35 Tampilan LCD TP1 TP2 Pengukuran (Volt) (°C) (Volt) 1 30,32 0,30 0,29 2 30,87 0,31 0,32 3 31,19 0,31 0,31 4 32,44 0,31 0,32 5 32,63 0,32 0,32 6 32,44 0,31 0,32 7 31,19 0,31 0,32 8 32,44 0,32 0,32 9 32,63 0,32 0,32 10 33,09 0,33 0,33
TP3 (Volt) 0,30 0,32 0,31 0,32 0,33 0,32 0,31 0,32 0,33 0,33
SD
UA
0,244 418 0,085 088 0,052 154 0,016 733 0,075 1 0,097 877 0,085 674 0,120 25 4,099 598 0,071 554 0,044 045 0,121 408 0,095 289 0,087 407 0,017 889 0,095 079 0,105 83 0,095 289
0,109 307 0,038 053 0,023 324 0,007 483 0,033 586 0,043 772 0,038 314 0,053 777 1,833 396 0,032 0,019 698 0,054 295 0,042 615 0,039 09 0,008 0,042 521 0,047 329 0,042 615
Seminar Tugas Akhir PEMBAHASAN Rangkaian Minimum System
Juni 2017 pada PIN 12, 13, 14 dan PIN 15 ) Rangkaian PSA LM35
Gambar 3.5 Rangkaian PSA LM35
Gambar 3.4 Rangkaian Minimum System
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 sebaga input pada PIN 12, 13, 14 dan PIN 15 untuk pemilihan sistem. 5. Menghubungkan LCD karakter 4 x 16 pada PIN 2 – PIN 6 dan pin 11 sebagai tampilan. 6. Menggunakan PIN A0 (ADC0) sebagai input LM35 dan PIN A1(ADC1) sebagai input Clock dari sensor DHT22. 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 4 x 16 dengan mengatur multiturn. 3. Menjalankan program sederhana untuk mengecek fungsi push button ketika tidak ditekan dan ketika ditekan (push button terhubung
Spesifikasi modul rangkaian Pengendali Sinyal Analog LM35 1. Tegangan input 5volt DC 2. Setiap 10mV = 1 o C 3. Mengunakan rangkaian filter pasif, rangkaian buffer dan IC LM358 4. TP 1 = Output LM35 5. TP 2 = Output Rangkaian PSA LM35 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 tiga buah sensor yang terpasang yaitu LM35, DHT22 dan Thermocouple, kemuadian program 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 PENUTUP Kesimpulan Dari pembahasan diatas, dapat disimpulkan bahwa
Seminar Tugas Akhir
Juni 2017
a. Pada rangkaian minimum system, tegangan kerja yang dibutuhkan maksimum 5 VDC b. Setelah dilakukan pengolahan proram untuk menerima data suhu pada sensor thermocouple maka diperoleh eror terbesar sebesar 1 %,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 dilakukan pada : a. Menambahkan output suhu berupa grafik
R a G a m b a d h d h d d d r 3 . 4 R a n g k a i a n M i n i
Seminar Tugas Akhir
Juni 2017 n s o r S H T 1 1 M e n g g u n a k a n s e n s o r T h e r m o c o u p l e T y p e K M e n g u k u
Seminar Tugas Akhir
Juni 2017 k a n s a t u a n s u h u C e l c i u s m e n j a d i p a d a L C D 4 x 1 6
Seminar Tugas Akhir
Juni 2017
Seminar Tugas Akhir
Juni 2017
Seminar Tugas Akhir
Juni 2017
7805
J1 GND
U5 10 SHT 11 J15
Juni 2017 1 2
8
Seminar Tugas Akhir
4
CON2
1
Seminar Tugas Akhir CON2
Juni 2017
Seminar Tugas Akhir
Juni 2017 10uf
Seminar Tugas Akhir
Juni 2017 10uf
OP-200
4
Seminar Tugas Akhir
Juni 2017
Seminar Tugas Akhir
Juni 2017
