Karakteristik Sensor Pengukur Laju

4.5 Karakteristik Sensor Pengukur Laju

Aliran Berdasarkan prinsip perpindahan energi kalor, bila dua benda mengalami kontak termal maka akan terjadi aliran kalor dari benda yang bertemperatur lebih tinggi ke benda yang memiliki temperatur lebih rendah hingga terjadi keseimbangan termal. Pada pengukuran laju aliran menggunakan sensor berpemanas, suhu air memiliki temperatur lebih rendah dibandingkan dengan sensor yang diberi pemanas sehingga aliran kalor akan terjadi dari sensor ke air. Semakin banyak jumlah air yang melalui sensor maka selisih suhu sensor terhadap suhu air yang terukur akan semakin rendah. Dengan demikian maka semakin besar suhu yang terukur pada sensor maka laju aliran akan semakin kecil, sebaliknya semakin kecil suhu yang terukur pada sensor maka laju aliran akan semakin besar. Pengukuran laju aliran awalnya tanpa menggunakan penguat selisih. Untuk mengetahui efektifitas pemanasan yang digunakan maka di uji beberapa nilai arus yang diberikan pada pemanas. Kalor yang diberikan pada sensor berpemanas pada pengambilan data adalah 0.313 Watt, 0.7 Watt, dan 2.8 Watt. Hasil pengukuran menunjukkan adanya perbedaan nilai selisih suhu terhadap pemberian arus yang berbeda. Nilai selisih suhu dengan menggunakan sensor yang diberi kalor sebesar 0.313 Watt memiliki nilai selisih suhu yang kecil dan rentang pengukuran yang kecil. Dengan peningkatan pemberian jumlah kalor seperti pada sensor yang diberi kalor sebesar 0.7 Watt dan 2.8 Watt, maka nilai selisih suhu pada laju aliran tertentu akan mengalami peningkatan, begitu pun dengan rentang pengukuran yang semakin meningkat seiring dengan semakin besarnya jumlah pemberian kalor yang menyebabkan semakin meningkatnya suhu pada sensor. Pada laju aliran yang tinggi perubahan nilai selisih suhu sangat kecil, sehingga diperlukan penguat selisih agar dapat melihat perubahan suhu pada laju aliran air yang tinggi. Dengan menggunakan sensor berpemanas yang diberikan kalor sebesar 2.8 Watt dan faktor penguatan sebesar 50 kali maka selisih suhu pada laju aliran yang tinggi dapat terlihat. Gambar 17 Grafik hubungan antara selisih suhu dengan laju aliran pada berbagai pemberian kalor pada pemanas dengan nilai resistansi tertentu. 1 2 3 4 5 6 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 S e li si h S u h u C o Laju Aliran ms 2.8 Watt 0.7 Watt 0.313 Watt Gambar 18 Grafik hubungan antara laju aliran dengan selisih suhu sensor – suhu air sebelum arus listrik pemanas konstan. Gambar 18 merupakan data yang diambil dengan menggunakan satu rangkaian pembangkit arus konstan LM317. Salah satu sifat dari LM317 ialah hanya dapat bekerja dengan baik pada rentang suhu antara 0-125 o C. Apabila suhu LM317 lebih besar atau lebih kecil dari rentang tersebut maka arus yang diberikan tidak akan sesuai dengan yang diharapkan. Dengan hanya menggunakan satu LM317, suhu yang dihasilkan pada rangkaian sangat tinggi dan menyebabkan arus listrik yang diberikan pada pemanas tidak stabil dan menyebabkan kesalahan pada saat pengukuran. Oleh karena itu sangat penting sekali memperhatikan nilai arus yang diberikan untuk menjaga agar arus listrik tetap konstan sehingga perubahan suhu yang terukur hanya merupakan pengaruh dari perubahan laju aliran saja. Gambar 19 Grafik hubungan antara laju aliran dengan selisih suhu sensor – suhu air setelah arus listrik pemanas konstan. 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 S e li si h S u h u C o Laju Aliran ms y = -1.04lnx + 1.830 1 2 3 4 5 6 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 Sel is ih Su h u C o Laju Aliran ms Pada gambar 19, arus listrik yang diberikan sudah konstan. Hal ini dilakukan dengan cara memparalel tiga buah rangkaian pembangkit arus konstan LM317. Dengan demikian arus yang diberikan terbagi sehingga panas yang yang ditimbulkan pada rangkaian pemanas tidak terlalu besar. Nilai arus listrik dikontrol setiap kali ada perubahan laju aliran sehingga arus listrik dapat terjaga konstan. Persamaan yang didapat dari hasil pengukuran tersebut adalah y = -1.04lnx + 1.830 dimana y adalah selisih suhu sensor dengan air dan x adalah laju aliran air. Untuk aplikasi lebih lanjut dari alat pengukur laju aliran, selisih suhu akan menentukan besarnya laju aliran. Dengan mengetahui selisih suhu maka dapat diketahui laju aliran dari suatu aliran air. Oleh sebab itu, persamaan diatas dapat di ubah menjadi x = 5.512 e -93y . Persamaan ini digunakan untuk menentukan laju aliran dengan menggunakan selisih suhu antara sensor dengan suhu air. Jika dibandingkan antara hasil simulasi dengan hasil pengamatan gambar 20, terlihat bahwa model memiliki rentang ukur yang lebih besar dibandingkan dengan hasil pengukuran. Pada laju aliran 0.05 ms, nilai selisih suhu sensor berpemanas dengan suhu air sama antara model dan pengukuran namun pada laju aliran yang lebih tinggi, nilai selisih suhu akan berbeda antara model dan pengukuran. Perbedaan simulasi dan hasil pengukuran bisa terjadi akibat asumsi- asumsi yang digunakan pada model tidak sesuai pada kondisi pada saat pengukuran. Berdasarkan simulasi, pada laju aliran yang tinggi lebih besar dari 0.6 ms selisih suhu yang diperoleh sangat kecil sehingga sulit untuk membedakan perubahan laju aliran air yang terjadi. Sedangkan berdasarkan persamaan yang didapat dari hasil pengamatan, sensor dapat membedakan laju aliran hingga 1.2 ms. Hal ini menunjukkan bahwa dengan pemberian kalor sebesar 2.8 Watt pada kawat pemanas, sensor memiliki potensi untuk mengukur laju aliran hingga kecepatan lebih dari 1.2 ms. Gambar 20 Grafik perbandingan hasil simulasi dan hasil pengukuran. 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 S e li si h S u h u C o Laju Aliran ms Simulasi Model Pengukuran Gambar 21 Grafik hubungan antara model dan hasil pengukuran. Selain laju aliran, ada beberapa faktor lain yang dapat mempengaruhi laju perpindahan kalor dari pemanas ke air. Faktor-faktor tersebut menyebabkan adanya perbedaan hasil pengukuran dan model pada simulasi. Sehingga, dengan menghubungkan keduanya dalam satu grafik maka akan didapat faktor koreksi dari hasil pengukuran dengan hasil model. Gambar 21 menunjukkan adanya hubungan yang tidak linear antara model dengan pengukuran. Sehingga perlu ditinjau ulang asumsi-asumsi yang digunakan pada saat menggunakan model untuk di simulasikan. Besarnya nilai koefisien konveksi tidak konstan tergantung pada laju aliran sehingga asumsi nilai koefisien konveksi tetap pada simulasi model tidak dapat digunakan. Dalam pengukuran juga sering terjadi kendala-kendala teknis. Dalam pembuatan sensor, kaki-kaki sensor yang merupakan konduktor, harus dipastikan tertutup rapat sehingga tidak ada air yang masuk dan mengganggu sinyal dari sensor LM35. Rangkaian elektronik juga harus dipastikan terhubung dengan baik. Apabila terdapat sambungan yang kurang baik, maka sinyal juga dapat terganggu sehingga dapat menggangu pengukuran laju aliran.

V. KESIMPULAN DAN SARAN