13
III. METODOLOGI
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian dilaksanakan
di Workshop
Instrumentasi Meteorologi,
Departemen Geofisika dan Meteorologi, FMIPA IPB. Berawal pada bulan Februari
2007 hingga Januari 2008
3.2 Bahan dan Alat
Bahan dan alat yang digunakan pada penelitian ini antara lain
• Resistance wire
• Pipa PVC
• Perlengkapan workshop Mekatronik
3.3 Metode Penelitian
Metode penelitian dilakukan dalam beberapa tahapan, yaitu ;
3.3.1 Studi Literatur
Tahap awal yang dilakukan adalah studi literatur dengan tujuan memperoleh
informasi mengenai karakteristik AWLR, sifat resistansi air
3.3.2 Pemilihan Jenis Sensor
Jenis sensor yang digunakan adalah elektroda yang sulit teroksidasi karena
sensor terendam dalam larutan air yang tercampur oleh banyak unsur senyawa.
selain eletroda yang sulit teroksidasi, elektroda tersebut juga memilki nilai
resistansi tinggi. Nilai resistansi kawat sensor semakin tinggi maka resistansi yang
dihasilkan
saat pengukuran
tidak terpengaruhi oleh nilai resistansi air. dengan
persamaan A
l R
ρ =
............................... 3 semakin kecil luas penampang A semakin
tinggi nilai resistansinya.
3.3.3 Simulasi dan Pembuatan Sensor
Sensor pengukur tinggi muka air untuk penelitian ini menggunakan prisip
elektron yang
memanfaatkan sifat
elektrokimia air. Nilai resistansi yang dihasilkan adalah nilai resistansi total sensor
ditambah resistansi air yang memiliki sifat variatif. Aliran resistansi pada sensor ini
adalah R
sensor 1
+ R
air
+ R
sensor 2
. Nilai tinggi permukaan air didapat dari terjadinya kontak
short pada permukaan air dengan kedua sensor tersebut.
R hasil pengukuran = R
a
+ R
b
+ R
c
R
a
= R
b
R
c
sehingga nilai R
c
dapat diabaikan
Gambar 25. Skematik Resistansi Sensor
Kebutuhan sensor dengan nilai resistansi
yang sangat
tinggi maka
diperlukan resistance wire yang sangat panjang dan pada umumnya diperlukan alat
ukur tinggi muka air yang mampu mengukur hingga 3 meter, maka dalam penelitian ini
menggunakan metode lilitan pada pipa. Tahap awal dalam simulasi sensor ini yaitu
menentukan besarnya nilai resistansi sensor, panjang sensor, dan perancangan sensor
dengan metode lilitan pada pipa.
Terdapat 2 sensor dengan nilai resistansi yang sama, kedua sensor tersebut
tidak saling kontak, keadaan short hanya saat terendam oleh air. Pada penelitian ini
menggunakan metode lilitan 2 kawat sensor dalam 1 pipa yaitu dalam 1 pipa terdapat 2
kawat, jarak antar kawat sensor harus sedekat mungkin agar resistansi sensor tidak
terganggu dengan perubahan nilai resistansi air. Setelah diketahui panjang sensor dan
jarak antar sensor yang dibutuhkan maka didapat jumlah lilitan dalam ketinggian 3
meter. Penggunaan pipa PVC sebagai tempat lilitan sensor selain mudah didapat pipa PVC
ini cukup tahan terhadap air dan perubahan cuaca.
Gambar 26. Metode lilitan 2 kawat sensor dalam 1 pipa
Permukaan air R
a
R
b
Air Sensor 1
Sensor 2
R
c
14
Panjang pipa yang dibutuhkan adalah 3 meter dan untuk mengetahui
besarnya diameter yang dibutuhkan maka menggunkan persamaan:
Panjang resistance wire =
meter sensor
R Sensor
total R
................................... 4 Dengan metode lilitan 2 sensor dalam 1 pipa
maka diameter yang dibutuhkan adalah Banyaknya lilitan sensor =
sensor jarak
Jumlah meter
2 3
............................. 5 Diameter pipa =
π sensor
per lilitan
Banyaknya wire
resistance Panjang
π pipa
Keliling
=
3.3.4 Simulasi
dan Pembuatan
Rangkaian Elektronik
Tahap ini
dilakukan untuk
mengetahui nilai frekuensi yang dihasilkan oleh sensor dengan menggunakan rangkaian
oscillator pada multivibrator astable IC jenis 555. Nilai resistansi sensor diteruskan pada
rangkaian oscilator yang berfungsi sebagai pembangkit frekuensi.
Nilai frekuensi tergantung dari nilai R dan C kapasitor maka, dengan
menghubungkan secara seri nilai R sensor dengan R pada rangkaian oscilator akan
menghasilkan nilai frekuensi dengan fungsi persamaan sebagai berikut
C x
b R
a R
f 2
44 .
1 +
= ................ 7
dimana ƒ = Frekuensi Hz
Ra = R konstanta Ω Rb
= R sensor + R konstanta Ω C = Kapasitor F
Sensor dihubungkan secara seri dengan Rb pada oscilator
,
sehingga nilai ƒ dengan satuan Hz yang dihasilkan adalah
pengaruh dari Rb
.
Perubahan nilai resistansi akibat TMA akan diikuti oleh frekuensi yang
dihasilkan oleh oscilator, namun kedua nilai tersebut saling berbanding terbalik.
Setelah variasi nilai resistansi yang dihasilkan sensor terhadap tinggi muka air
diketahui maka nilai resistansi tersebut dilanjutkan pada rangkaian oscilator IC 555.
Dengan menggunakan multivibrator astable jenis IC 555 adalah jenis semikonduktor
yang mampu menghasilkan pulsa dari sensor resistace wire, pulsa yang dihasilkan
berbanding terbalik terhadap nilai Resistensi R
Frekuensi merupakan fungsi dari TMA
3.3.5 Uji Coba Sensor
Uji coba sensor merupakan tahap akhir dari penelitian ini. Uji coba sensor
dilakukan untuk memberikan informasi mengenai besarnya nilai resistansi hasil
pengukuran yang merupakan perubahan dari tinggi muka air.
Pulsa
= f
total R
Air R
sensor R
= +
C x
total R
b R
a R
f tor
Multivibra Astable
+ +
= 2
44 .
1
15
IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Sensor Resistance wire
Sifat fisik sensor Resistance wire yaitu memiliki resistansi tinggi dan sukar
teroksidasi. Sensor resistance wire tersebut dimaksudkan dapat memberikan informasi
tinggi muka air dalam bentuk perubahan resistan. Nilai resistansi yang dihasilkan
tergantung dari jenis bahan, ukuran dan panjang resistance wire.
Dilihat dari bahan, bentuk dan fungsinya terdapat banyak jenis resistance
wire, namun
untuk mendapatkannya
mengalami kesulitan,
hal tersebut
merupakan alasan
pemilihan sensor
menggunakan resistance wire Fuji Japan jenis FCHW2 karena resistance wire jenis
ini lebih mudah didapatkan.
Gambar 27. Fuji Resistance Wire FCHW2
Resistance wire Fuji Japan jenis FCHW2, terbuat dari bahan Cr AL BAL. Fe
dengan unsur utama Besi Fe dan unsur pemadu Chrome Cr 21 dan Almunium
Al 3 . Resistance wire jenis FCHW2 berbentuk kawat round wire silinder
dengan ukuran 0.1 mm +- 0.02 mm dengan nilai resistansi 157 ohm per meter
+- 7 – 9
4.2 Prinsip kerja Sensor
Dua elektroda
dengan nilai
resistansi hampir sama yang merupakan kawat sensor resistance wire dililit sejajar
pada media tegak pipa PVC dengan jarak yang sama, jika terendam air maka resistensi
kawat sensor tersebut akan terhubungkan short dengan resistansi air. Resistansi air
dapat diabaikan jika nilai resistansi sensor tinggi dan jarak antar kawat sensor sangat
dekat sehingga nilai pada resistansi yang dihasilkan sensor adalah jumlah resistansi
dari kedua sensor tersebut rangkaian seri.
Perubahan ketinggian
air memberikan
perubahan resistansi
pengukuran sensor, pada muka air yang tinggi mengakibatkan semakin kecil nilai
resistansi yang dihasilkan dan sebaliknya pada muka air yang rendah memberikan
nilai resistansi yang tinggi.
Gambar 28. Proses Resistansi Sensor
Nilai Resistansi yang dihasilkan dari
sensor, dibangkitkan
sehingga memperoleh nilai ketukan dan informasi
yang digunakan adalah pada saat transient saja, yaitu pada saat lompatan tegangan
rendah ke tinggi. Pada rangkaian IC 555 pengendalian pulsa dioptimumkan pada
perubahan R circuit yang dihubungkan dengan R sensor secara seri. Pembangkit
pulsa
secara terus-menerus
disebut multivibrator astable yang menggunakan
tipe 555 triple five Rangkaian multivibrator astable
berfungsi menentukan ketukan secara tundaan waktu. Fungsi yang diharapkan
adalah perubahan
resistansi hasil
pengukuran sensor yang diikuti dengan perubahan frekuensi. Fungsi frekuensi dari
IC 555 memberikan perubahan nilai tinggi muka air berbanding terbalik dengan nilai
resistansi hasil pengukuran, sehingga pada penelitian ini nilai perubahan pada Tinggi
Muka Air TMA berbanding terbalik dengan
nilai resistansi
sensor yang
dihasilkan.
4.3 Ketahanan Korosi
Kategori