STUDI DAN PERANCANGAN PENETROMETER DIGITAL SEBAGAI ALAT UJI KONSISTENSI BAHAN BERBASIS MIKROKONTROLER 1)
Edwin Pondi Suwanto, 2) Yanurita Dwi Hapsari M.Sc Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2012 Abstrak Telah dirancang alat uji konsistensi bahan berbasis mikrokontroler keluarga Atmel ATMega16. Alat ini menggunakan sensor fotodioda sebagai pengontrol motor stepper penggerak mekanik alat. Prinsip kerja pengukuran yang digunakan pada penetrometer adalah tekanan dimana suatu bahan ditekan hingga bahan tersebut tertekan oleh jarum penekan (cone) dan mengalami perubahan jarak tekan. Perubahan jarak tekan tersebut dipengaruhi oleh kekerasan benda yang diuji. Bahan yang diuji adalah bahan hidrogel berupa polyvynil alkohol (PVA). Bahan yang diujikan memiliki variasi konsentrasi yaitu 10wt%, 12,5wt% dan 15wt% serta variasi proses pendinginan-pemanasannya yaitu 2 siklus, 3 siklus, dan 4 siklus. Pada penetrometer yang dirancang didapatkan data yang tidak jauh berbeda dengan penetrometer analog dimana pada penetrometer yang di rancang diperoleh grafik linier. Dari grafik yang dihasilkan oleh data dapat disimpulkan bahwa konsentasi dan siklus pendinginan berbanding terbalik dengan perubahan jarak tekan. Pada perancangan alat ini diperoleh nilai error repeatability sebesar 6,7552%. Kata kunci: konsistensi mikrokontroler
bahan,
penetrometer,
fotodioda,
polyvynil
alkohol
(PVA),
I. PENDAHULUAN Dalam industri sifat kekenyalan dan kekerasan bahan sangat diperhitungkan, karena pada saat memproduksi tidaklah sama kekenyalanya untuk produk yang berbeda. Untuk menentukan nilai kekenyalan atau kekerasan bahan digunakan penetrometer. Penetrometer adalah alat untuk menentukan nilai konsistensi suatu bahan tertentu yang ingin diuji. Pada awalnya penetrometer ini digunakan dalam bidang perminyakan atau bidang yang berhubungan dengan pertanahan. Lalu alat ini berkembang menjadi alat yang digunakan dalam industri pangan, kesehatan dan bidang yang berkaitan dengan konsistensi suatu bahan. Pada penelitian sebelumnya, penetrometer yang digunakan untuk studi mengenai konsistensi bahan masih menggunakan sistem analog. Padahal di era yang sudah berbasis digital sebagian besar peralatan dengan sistem analog sudah digantikan dengan sistem digital. Sehingga diperlukan studi untuk mendesain dan membuat alat penetrometer berbasis digital. Pada penelitian ini, penetrometer yang dibuat menggunakan sensor cahaya (fotodioda) untuk menentukan konsistensi bahan. Tugas akhir ini bertujuan untuk (1) Mendesain dan membuat penetrometer digital yang berbasis mikrokontroler menggunakan prinsip kerja sensor cahaya, (2) Menguji konsistensi bahan hidrogel menggunakan penetrometer
II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Penetrometer
Penetrometer merupakan suatu alat yang digunakan dalam bidang perminyakan atau bidang yang berhubungan dengan bidang pertanahan. Alat ini digunakan untuk menetukan resistansi tanah, tetapi dalam bidang industri yang laiin alat ini digunakan untuk menentukan nilai kekenyalan atau kekerasan dari sejumlah bahan. Nilai kekerasan dan kekenyalan ini disebut dengan konsistensi bahan Konsistensi bahan didapatkan dengan menekan sampel pada penetrometer dengan menggunakan penekan standar seperti cone (jarum berbentuk kerucut), jarum atau batang yang ditenggelamkan pada sampel tersebut. Hasil pengukuran dari penekanan sampel menunjukan tingkat kekerasan atau kelunakan suatu bahan serta tergantung pada kondisi sampel tersebut seperti ukuran, berat penekan, geometri, dan waktu. Semakin lunak sampel, penekan penetrometer akan tenggelam makin dalam dan menunjukkan angka yang semakin besar Dapat dianalisis bahwa prinsip operasional penetrometer bergantung pada tekanan dan gaya gravitasi. Diasumsikan bahwa penetrometer yang memiliki massa (m) menekan suatu sampel hingga penetrometer bergeser sejauh (l), energy potensial (W) yang dihasilkan adalah sebesar W= mgl………………………… (1) Resistansi terhadap tekanan yang dihasilkan oleh penetrometer pada sampel dinyatakan dengan Dutch formula dan dirumuskan sebagai R= ………………………….(2) dengan R adalah resistansi terhadap tekanan penetrometer (N/m2), A adalah luas/ area penekan (m2), g adalah percepatan gravitasi pada tempat tersebut (9,8 N/m2), m adalah massa penetrometer (kg), l adalah pergeseran penetrometer (m), ∆z adalah
kedalaman tekanan atau pergeseran yang terjadi pada sample (m). Bila penetrometer yang digunakan memiliki luas penekan (A), sedangkan massa penetrometer adalah m, kemudian diterapakan pergeseran l yang sama untuk setiap sampel, akan di dapatkan ∆z yang berbeda untuk setiap konsistensi yang berbeda–beda. Semakin kenyal suatu sampel maka konsitensinya akan semakin tinggi, resistansinya terhadap tekanan akan semakin kecil dan sebaliknya, pergeseran ∆z yang dihasilkan akan semakin besar 2.2 Fotodioda
Gambar 2.1 Fotodioda dan lambang fotodioda Fotodioda adalah suatu jenis dioda yang resistansinya berubah-ubah kalau cahaya yang jatuh pada dioda berubah-ubah intensitasnya. Dalam gelap nilai tahanannya sangat besar hingga praktis tidak ada arus yang mengalir. Semakin kuat cahaya yang jatuh pada dioda maka makin kecil nilai tahanannya, sehingga ar us yang mengalir semakin besar. Bentuk fisik dan lambang phodioda ada pada gambar 2.1. Jika fotodioda persambungan p-n bertegangan balik disinari, maka arus akan berubah secara linier dengan kenaikan fluks cahaya yang dikenakan pada persambungan tersebut. Berdasarkan hal tersebut dapat dibuat alat untuk mendeteksi intensitas cahaya dengan memanfaatkan karakteristik
fotodioda. Fotodioda terbuat dari bahan semikonduktor. Biasanya yang dipakai adalah silicon (Si) atau gallium arsenide (GaAs), dan lain-lain t ermasuk Indium antimonide (InSb), Indium arsenide(InAs), Lead Selenide (PbSe),dan Timah Sulfide (PBS). Bahan-bahan ini menyerap cahaya melalui karakteristik jangkauan p anjang gelombang, misalnya: 250 nm ke 11 00 untuk nm silicon, dan 800 nm ke 2,0 µ m untuk GaAs. 2.3 LED
Gambar 2.2 LED dan lambang LED LED merupakan komponen yang dapat mengeluarkan emisi cahaya. LED akan memancarkan cahaya saat diberikan arus listrik. LED dibuat agar lebih efisien jika mengeluarkan cahaya dengan panjang gelombang tertentu. Panjang gelombang ini akan ditangkap oleh mata manusia sebagai warna. Bentuk fisik dan lambang phodioda ada pada gambar 2.2 Dalam LED, dapat dipandang sebagai sebuah kristal. Kristal ini terdiri dari lubang (hole) dan elektron (ion), setiap elektron akan mengisi lubang yang kosong dalam rekombinasi ini disebabkan oleh hantaran arus listrik dari sumber tegangan (panjar maju). Ketika elektron telah berekombinasi dengan lubang tadi, menyebabkan elektron terlepas dari energi ikatnya. Rekombinasi ini menghasilkan energi yang terlepas dari elektron. Energi yang terlepas inilah digunakan untuk memancarkan foton (rekombinasi-radiaktif), sebagaian lain
digunakan untuk memanaskan partikelpartikel kristal (rekombinasi non-radiaktif). Pancaran cahaya ini merupakan cahaya sebuah LED. Meski semua diode mengeluarkan cahaya, tetapi sebagian besar dioda tersebut tidak efektif. Pada diode yang ada di pasaran, bahan semikonduktornya menyerap banyak energi cahaya. LED khusus dibuat untuk melepaskan sejumlah besar foton (satuan dasar cahaya). LED juga dikemas dalam bohlam plastik yang menyatukan cahaya dalam arah tertentu. Untuk m endapatkan emisi cahaya pada semikonduktor, doping yang pakai adalah bahan Galium Arsenida (GaAs) atau Galium Arsenida Phospida (GaAsP) atau juga Galium Phospida (GaP), bahan-bahan ini memancarkan cahaya dengan warna yang berbeda-beda. Bahan GaAs memancarkan cahaya infra-merah, Bahan GaAsP memancarkan cahaya merah atau kuning, sedangkan bahan GaP memancarkan cahaya merah atau h ijau. Dalam memilih LED selain warna, perlu diperhatikan tegangan kerja, arus maksimum dan disipasi dayanya. Setiap jenis LED mempunyai karakteristik tegangan dan arus yang berbeda-beda. Semakin besar arus yang melewati LED maka semakin terang nyalanya dan daya yang dibutuhkan. Arus ini tidak boleh melebihi batas dari spesifikasi LED tersebut karena jika melebihi dapat membuat LED rusak atau mungkin terbakar. Oleh karena itu untuk membatasi arus besar yang lewat maka diperlukan resistor. 2.4 Mikrokontroler ATmega16 Mikrokontroler ATmega16 merupakan AVR seri mikrokontroler CMOS 8-bit buatan Atmel, berbasis arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer). Hampir semua instruksi dieksekusi dalam satu siklus clock. AVR mempunyai 32
register general-purpose, timer/counter fleksibel dengan mode compare, interrupt internal dan eksternal, serial UART, programmable Watchdog timer, dan mode power saving. Yang dilengkapi dengan ADC dan PWM internal. AVR juga mempunyai In-System Programmable Flash on-chip yang mengijinkan memori program untuk diprogram ulang dalam sistem menggunakan hubungan serial SPI. Berikut merupakan gambar 40 pin mikrokontroller Atmega 16 yang ditunjukkan pada gambar 2.4.
Gambar 2.3 Pin-Pin ATmega 16 Untuk memaksimalkan dalam penggunaan mikrokontroler ATmega 16 pada gambar 2.3 pe rlu diperhatikan bahwa pin-pin ATmega16 baik dalam penggunaan port A,B,C,D maupun penggunaan ADC, Tx Rx sesuai dengan kebutuhan dan hardware yang digunakan. 2.5 Motor Stepper Motor stepper merupakan piranti elektromekanik yang mengkonversi pulsapulsa listrik menjadi gerakan mekanik. Rotor (shaft) motor stepper berotasi dalam kenaikan langkah diskret ketika pulsa perintah listrik diterapkan ke motor dalam urutan yang sesuai. Urutan pulsa berhubungan dengan arah putaran motor. Kecepatan rotasi motor berhubungan dengan frekuensi masukan.
Tabel 2.1 Pola Pemrograman Half-Step Pada Port Mikrokontroler Pin 1 Pin 2 Pin 3 Pin 4 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 Tabel di atas merupakan pola putaran searah jarum jam (clockwise). Untuk putaran berlawanan jarum jam (counter clockwise), maka urutan pola harus dibalik. Pada dasarnya ada 2 jenis Motor Stepper yaitu : Bipolar dan Unipolar. Sebuah motor stepper berputar 1 step apabila terjadi perubahan arus pada koil-koilnya, mengubah pole-pole magnetik disekitar pole-pole stator. motor stepper yang digunakan adalah motor stepper unipolar. Motor stepper unipolar dikenal dengan motor stepper empat fase (unipolar) adalah jenis motor stepper yang paling umum. Istilah empat fase digunakan karena motor mempunyai empat kumparan medan yang dapat diberikan energi secara terpisah/tersendiri, dan istilah unipolar digunakan karena arus selalu menjalar dalam arah yang sama melalui kumparan. Pada tugas akhir ini motor stepper yang digunakan adalah motor stepper unipolar. Cara sederhana untuk mengoperasikan motor stepper unipolar adalah dengan memberikan energi phase satu pada suatu waktu yang berurutan (dikenal dengan wave drive). Dibandingkan dengan motor stepper bipolar dua-phase, motor stepper empat fase mempunyai keuntungan karena kesederhanaannya (simplicity). Rangkaian kontrol motor empat fase mudah men-switch urutan kutub on da n off, tanpa harus membalik polaritas kumparan medan (namun, motor dua-phase menghasilkan torsi lebih besar karena pushing dan pulling dilakukan bersamaan.
2.6 Hidrogel Polyvinyl Alcohol (PVA) Poly(vinyl alcohol),PVA, adalah polimer sintetik. PVA yang terhidrolisis sepenuhnya terdiridari m onomer yang berulang-ulang yang menghubungkan grup alkohol. PVA terbentuk dari Vinyl acetate yang dipolimerisasi menjadi poly(vinyl acetate), yang kemudian dihidrolisasi menjadi bentuk PVA seperti pada Gambar 2.4
ini memungkinkan menentukan derajat kekristalan sampel yang dibuat. Secara umum, modulus dari hidrogel PVA meningkat dengan penambahan siklus pembekuan dan pencairan. Efek pembekuan-pencairan telah dimanfaatkan untuk menghasilkan cryogel PVA dengan modulus cukup tinggi Pada penelitian sebelumnya didapatkan nilai ADC yang semakin menurun dengan bertambahnya siklus pembekuan dan pencairan pada konsentrasi hidrogel PVA yang sama. 2.7 Repeatibility
Gambar 2.4 Struktur PVA Derajat hidrolisis didefinisikan sebagai perluasan hidrolisis yang terjadi di dalam rantai polimer. K ualitas polimer PVA yang umum dikarakterisasikan dengan derajat hidrolisis dari PVA dan berat molekul. Derajat polimerisasi didefinisikan dari jumlah unit pengulangan dalam ratarata rantai polimer p ada saat reaksi polimerisasi. Baik derajat hidrolisis dan derajat polimerisasi menunjukkan mudah tidaknya polimer tersebut larut dalam air, kekristalan, kekuatan mekanik, dan pendifusiannya. Meskipun PVA dapat dipecah mata rantainya dengan proses kimia, proses fisika lebih banyak dilakukan d alam aplikasi biomedika karena menghindari pengaruh racun akibat reaksi kimia. S alah satu metode y ang digunakan adalah siklus pembekuan dan pencairan (freezing-thawing method) (Hassan and Peppas, 1992). Lama waktu pembekuan tergantung dari banyaknya sampel yang dibuat. Kekristalan polimer ini dapat meningkat dengan menambahkan waktu pembekuan. Selama proses pencairan, kekristalan yang awalnya meningkat kemudian terjadi penurunan. Banyaknya siklus pembekuan dan pencairan
Repeatibility didefinisikan sebagai ukuran deviasi dari hasil-hasil test terhadap harga rata-ratanya (mean value). Pada repeatibility biasanya digunakan pada pengukuran yang dilakukan secara berulang. Pada repeatibility terjadi sebuah error pada pengukurannya dimana seharunya memiliki nilai yang sama pada saat kondisi yang diukur identik. Error repeatibility dinyatakan dengan δr=∆/FSx 100%...........................................(3) dimana: δr = Error Repeatibility (%) ∆ = rata–rata value FS = Jangkauan Pengukuran
III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Perancangan Alat ( Hardware) Perancangan alat terdapat 2 langkah dalam perancangan alat ini. yaitu perancangan sistem mekanik dan elektrik. Pada dasarnya perancangan alat kali ini terpusat pada sistem elektrik yang berbasis mikrokontroler. Sistem mekanik pada perancangan alat ini adalah sistem yang membantu pada proses pembacaan
perubahan jarak tekan pada bahan (∆x). Pada perancangan mekanik, motor stepper merupakan suatu piranti yang paling penting karena sangat berpengaruh pada pergerakan mekaniknya. Pada mekanik ini sangat diperlukan saat penekanan sampel. Pada sistem elektrik dirancang kotak display sebagai pembaca hasil perubahan jarak tekan pada sampel. Kedua sistem perancangan alat ini digabung sehingga dapat dioprasikan sebagai penetrometer. Penetrometer ini akan diuji alat pada sampel yang telah ditentukan yaitu PVA. Setelah diuji diperoleh data lalu dikalibrasi alat, jika alat tersebut memperoleh error yang besar maka alat tersebut dirancang ulang pada proses mekanik dan proses elektriknya. Setelah itu diuji kembali dan dikalibrasi jika sudah memperoleh error yang kecil maka alat dapat dikatakan selesai. 3.1.1 Sistem Mekanik Mekanik proses berupa miniatur dirancang untuk penekan bahan uji. Penekanan bahan uji tersebut akan dibaca pada kotak pembaca. Miniatur mekanik proses digerakkan oleh motor stepper. Selain dapat dilihat pada kotak display di rancangan alat ini juga terdapat jangka sorong sebagai pengukuran analog. Berikut ini gambar 3.1 merupakan susunan alat
perubahan jarak tekan pada bahan (∆x). Rancang bangun kotak display tersebut
dapat dilihat pada Gambar 3.2 Gambar 3.2 kotak display Pada kotak display ini berisikan mikrokontroler sebagai pusat pengendali mekaniknya. Perubahan jarak tekan tersebut akan terbaca pada LCD dengan satuan millimeter. Pada kotak terdapat saklar on– off yang terletak di belakang badan kotak display. Sistem elektronik yang dibuat berdasarkan diagram blok terpusat menjadi satu dan digambarkan pada Gambar 3.3
Gambar 3.3. Blok sistem instrumentasi Gambar 3.1 Susunan mekanik 3.1.2 Sistem Elektrik Sistem elektrik pada rancang alat terpusat pada kotak diplay. Kotak display digunakan sebagai tempat pembacaan
Cahaya dari LED akan masuk pada fotodioda yang menyebabkan motor stepper berputar dan dapat menggerakkan naik– turun penekan. Jika penekan diturunkan sampai penekan menekan sampel sampai jenuh dan menyebakan jarum cone menutup cahaya yang masuk pada fotodioda sehingga
mikrokontroler. Rangkaian tersebut menggunakan driver motor stepper yaitu ULN20032 yang dihubungkan pada Port C. Motor stepper tersebut dikendalikan dengan dua saklar yang berfungsi untuk putar kiri dan putar kanan yang menyebabkan naik turun pada proses mekanik. VCC J16.
JISP 5k R9
RS_LCD E_LCD
ADC4 ADC5 ADC6 ADC7
U1
C1 22pF C3 100nF1
SW2
2
X1 C2 22pF
RS_LCD E_LCD ADC4 ADC5 ADC6 ADC7
D3
5V
HEADER 16 1N4002
1 2 3 4 5 6 7
1A 2A 3A 4A 5A 6A 7A
1B 2B 3B 4B 5B 6B 7B COM
8
ATMEGA16
40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21
C
PB0(XCK/T0) PA0(ADC0) PB1(T1) PA1(ADC1) PB2(INT2/AIN0) PA2(ADC2) PB3(OC0/AIN1) PA3(ADC3) PB4(SS) PA4(ADC4) PB5(MOSI) PA5(ADC5) PB6[MISO) PA6(ADC6) PB7[SCK) PA7(ADC7) RESET AREF VCC AGND GND AVCC XTAL2 PC7(TOSC2) XTAL1 PC6(TOSC1) PD0(RXD) PC5 PD1(TXD) PC4 PC3 PD2(INT0) PC2 PD3(INT1) PC1(SDA) PD4(OC1B) PC0(SCL) PD5(OC1A) PD6(ICP) PD7(OC2)
VCC
16 15 14 13 12 11 10 9
MG1 1 2 3
6
RST
1 2 3 4 5 pinb.5 6 pinb.6 7 pinb.7 8 9 5V 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
A
R1
1 1
MOTOR STEPPER
12V
GND
2 2
5
RST pinb.7 pinb.6 pinb.5
5V 5V
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
VCC
4
1 2 3 4 5
1
motor tersebut berhenti berputar. Dari penekanan tersebut akan diperoleh perubahan jarak tekan yang yang dapat dibaca pada LCD. Semua proses dari pergerakan sampai pembacaan data semuanya terpusat pada satu sistem yang terdapat pada mikrokontroler. Pada sistem elektonik yang dirancang untuk menampilkan hasil pengukuran, pengolahan data, dan kendali proses mekanik. Berikut adalah gambar minimum sistem rangkaian elektronik pada kotak display
ULN2003
Gambar 3.5 Rangkaian motor stepper
Gambar 3.4 Minimum Sistem Sistem minimum juga merupakan bagian terpenting dari alat uji konsistensi bahan ini. Seperti mikroprosesor pada komputer, minimum sistem adalah otak dari rangkaian untuk mengatur semua perintah eksekusi yang diberikan saat pengisian program. Dari gambar 3.4 terdapat LED sebagai indikator mikrokontroler. Selain itu terdapat push button sebagai reset yang di hubungkan ke pin 9 (pin reset) pada mikrokontroler dengan resistor pull up dan kapasitor yang berfungsi untuk menghindari bouncing atau penekanan push button sekali yang di anggap berkali kali oleh mikrokontroler.Pada minimum sistem ini, penggunaan port C digunakan untuk LCD, port B disambungan ke sensor cahaya dan penggunaan port A digunakan untuk pengendalian motor. Rangkaian berikut digunakan untuk pengendali motor stepper dengan
3.2 Perancangan Perangkat Lunak Perancangan perangkat lunak yang digunakan adalah bahasa assembly untuk mikrokontroler, software yang digunakan adalah Code vision AVR. Code vision AVR adalah program yang dapat digunakan untuk mengisi mikrokontroler dan bahasa yang digunakan adalah bahasa C. A VR juga mampu melakukan koneksi antara Tx, Rx dari mikrokontroler ke hiperterminal komputer, oleh karena itu AVR sangat tepat digunakan untuk perancangan software (perangkat lunak). Bahasa yang digunakan pada pengisian minimum sistem dituliskan seperti yang ada dibawah serta untuk lebih lengkapnya pada lampiran A. #include <mega16.h> #include <stdio.h> #include <math.h> #include <delay.h> #asm .equ __lcd_port=0x18 #endasm #include
#define on 0 #define off 1
3.3 Kalibrasi Alat Kalibrasi alat dilakukan melalui pengambilan data menggunakan pengukuran pada satu titik untuk sampel yang sama dengan pengambilan data secara berulang sebagai error repeatability. Pengambilan data pada sampel PVA dilakukan dengan mendapatkan data perubahan jarak tekan pada sampel (∆x) dengan variasi konsentrasi serta siklus pendinginan–pemanasan material kemudian data itu kita bandingkan dengan data sampel PVA yang telah diukur menggunakan alat yang sudah ada sebelumnya 3.4 Metode Pengambilan Data Pengambilan data dilakukan dengan 2 cara yaitu pertama dengan m engambil data untuk 1 titik pada sampel yang sama menggunakan penetrometer digital yang dirancang dan yang kedua mengambil data dengan menggunakan penetrometer analog dan penetrometer digital yang dirancang lalu dibandingkan. Pengambilan data dilakukan secara acak untuk posisi yang diuji pada setiap sampel yang diuji kecuali pada pengambilan data untuk 1 titik uji. Pengukuran untuk beberapa sampel dengan pengambilan data 25 kali data untuk penetrometer digital serta 12 da ta untuk penetrometer analog pada titik yang berbeda. Sampel yang digunakan adalah polivinil alkohol (PVA) yang memiliki variasi proses pendinginan-pemanasan material dan konsentrasi. Variasi pendinginan-pemanasan dilakukan sebanyak 2, 3 da n 4 s iklus sedangkan variasi konsentrasi yang digunakan adalah PVA (10wt %), PVA (12.5 wt%), PVA (15 wt%). IV HASIL DAN PEMBAHASAN Pada alat yang dirancang juga dianalisis seberapa besar tingkat kesalahan yang dihasilkan oleh pengukuran yang menggunakan penetrometer digital.
Pengukuran yang digunakan ialah pengukuran secara berulang pada satu titik terhadap sampel yang sama. Pengukuran secara berulang pada titik yang sama menghasilkan data yang berbeda padahal pada perlakuan yang digunakan identik (sama) sehingga diperoleh error repeatability sebesar data dikurangi besarnya rata–rata data dibagi banyaknya data yang dihasilkan. Berikut ini adalah grafik yang dihasilkan pada pengukuran 1 titik yang sama.
Gambar 4.1 Grafik Perubahan jarak tekan pada 1 titik uji pada sampel Berdasarkan data diatas dapat ditunjukkan bahwa terdapat beberapa faktor yang mempengaruhi pada pengambilan data. Seperti bahan yang diujikan memiliki tingkat kepadatan yang berbeda disetiap permukaan bahan. Hal ini dikarenakan pada proses pendinginan-pemanasan bahan tidak homogen sehingga disetiap permukaan bahan tidak rata untuk kepadatannya. Pada pengukuran 1 t itik diperoleh error repeatability alat yang didapatkan dari mengolah data yang dihasilkan dari pengukuran perubahan jarak tekan dsari sampel yang memiliki konsentrasi 15wt% untuk 4 s iklus pendinginan dan pemanasan menggunakan persamaan 3 s ehingga di peroleh nilai error repeatability dari alat yang menggunakan hasil pengambilan data
sebanyak 25 ka li pengambilan data untuk satu titiknya yaitu sebesar 6,7552%.
Gambar 4.2 Grafik Pengukuran ∆x dengan menggunakan penetrometer digital yang dirancang dibandingkan dengan penetrometer analog pada variasi konsentrasi (wt%) pada 4 siklus Dari grafik di atas didapat perbandingan antara pengukuran menggunakan penetrometer digital yang dirancang dengan penetrometer analog dari hubungan perubahan jarak tekan dengan konsentrasi. Semakin besar konsentrasi pada bahan yang diuji maka nilai perubahan jarak tekan semakin kecil. Dari data pada grafik untuk penetrometer digital yang dirancang dapat dilihat bahwa data yang dihasilkan merupakan data yang linier. Pada penetrometer analog nilai perubahan jarak tekan pada uji sampel yang sama seperti penetrometer digital yaitu linier akan tetapi nilai perubahan jarak tekannya lebih besar dari pada nilai yang dihasilkan pada penetrometer digital. Perhitungan deviasi atau ralat pengukuran yang terdapat pada lampiran. Berikut hasil perhitungan deviasi atau ralat dari pengukuran ∆x pada sampel polivynil alkohol (PVA).
4.2 Pembahasan Hasil pengukuran menggunakan alat penetrometer yang dirancang untuk setiap sampel pada tiap titiknya berbeda. Hal ini dikarenakan untuk setiap permukaan yang diuji konsistensinya memiliki sifat konsistensi yang berbeda. Pada saat yang diuji adalah bagian pinggir PVA, diperoleh ∆x yang sangat besar akan tetapi saat di uji di bagian tengah nilai ∆x yang diperoleh sangat kecil. Oleh sebab itu pada bahan yang diuji memiliki konsistensi yang berbeda pada setiap titik di permukaannya. Berdasarkan data hasil pengukuran menggunakan penetrometer yang dirancang ataupun penetrometer analog didapat grafik yang linier seperti yang ditunjukkan pada gambar 4.2 de ngan menunjukkan hubungan antara ∆x dengan konsentrasi bahan. Semakin keras bahan maka nilai ∆x akan semakin kecil serta sebaliknya semakin lunak bahan maka nilai ∆x akan semakin besar. Besarnya ∆x juga dipengaruhi juga oleh berapa kali proses pendinginannya. Pada pengukuran menggunakan penetrometer digital untuk pengujian 1 titik pada sampel yang dilaukan secara berulang diperoleh nilai ∆x yang berbeda. Pengambilan data yang berulang ini berfungsi sebagai parameter ralat atau error repeatability. Error repeatability digunakan untuk mengetahui seberapa besar kesalahan yang terjadi pada alat tersebut. Pada pengukuran alat juga dibutuhkan sebuah parameter ralat pengukuran. Error repeatability pada alat ini adalah 6,7552%. Parameter error pengukuran yang digunakan adalah standard deviasi dari pengukuran. Pada setiap sampel memiliki bermacam- macam standart deviasi yang berbeda. Selain itu untuk mengkalibrasi alat digunakan perbandingan data antara hasil pengukuran menggunakan penetrometer yang dirancang dengan penetrometer analog yang sudah ada. Untuk data yang dihasilkan penetrometer yang dirancang memperoleh
grafik linier sedangkan pada penetrometer analog data yang dihasilkan membentuk grafik linier pula. Pada data yang diperoleh saat pengukuran menggunakan penetrometer digital, nilai perubahan jarak tekan lebih kecil dari pada nilai yang didapatkan saat pengukuran menggunakan penetrometer analog. Hal ini dikarenakan pada penetrometer digital berat jarum penekan lebih ringan dari pada berat jarum penekan pada penetrometer analog. Pada penetrometer digital berat cone penekan sebesar 16,78 g r sedangkan pada penetrometer analog berat jarum penekan sebesar 50 gr sehingga nilai perubahan jarak tekan pada penetrometer digital lebih kecil dibandingkan penetrometer analog serta panjang jarum penusuk (cone) penetrometer berbeda sehingga juga menghasilkan besar perubahan jarak tekan pada bahan berbeda. Penetrometer yang dirancang memiliki panjang jarum penusuk sebesar 5,5cm sedangkan pada penetrometer analog menggunakan panjang cone sebesar 45cm sehingga sangat berpengaruh. V. KESIMPULAN Dari proses perancangan dan pembuatan alat uji konsistensi bahan diperoleh kesimpulan sebagai berikut: 1. Penetrometer digital yang berbasis mikrokontroler dapat digunakan untuk menguji konsistensi bahan menggunakan prinsip fotodioda. 2. Grafik yang dihasilkan oleh penetrometer y ang dirancang dengan penetrometer analog menghasilkan grafik yang linier terhadap konsentrasi baha yang diuji. 3. Error repeatability alat ini sebesar 6,7552%.
DAFTAR PUSTAKA 1. Andrianto Heri, 2008, “Pemrograman Mikrokontroler AVR Atmega16”, informatika. 2. Budiharto Widodo, (2008), “Panduan Praktikum Mikrokontroler AVR ATMega16”, Elexmedia Komputindo, Surabaya 3. Kennedy, L.Karen. 2010. “ Controlled Delivery of Serp-1 Protein from Poly(vinyl alcohol) Hydrogel”. A thesis submited in partial fulfillment of the requirement for the degree of Doctor of Philosophy. The School of Graduate and Postdoctoral Studies, The University of Western Ontario, London, Ontario, Canada. 4. Kurnia Undang, Fahmuddin Agus, Ai Dariah. 2006. “ Sifat Fisik Tanah dan Medote Analisinya” B alai Besar Penelitian dan Pengembangan, Jakarta 5. Samadikun, Samaun.1989. “Sistem Instrumetasi Elektronika” Institut Teknologi Bandung, Bandung 6. Kusuma, Sastra Wijaya, “Diktat Elektronika I” FISIKA FMIPA UI, Jakarta 7. Setiawan, Imam. 2009. “Buku Ajar Sensor dan Tranduser”, Universitas Diponegoro, Semarang 8. (http://www.docstoc.com) 9. (http://www.lpsc.com)
