Thermal-Solarimeter Calibration Various Measurements
KALIBRASI SENSOR SOLARIMETER TERMAL
BERBAGAI UKURAN
SRIYO ADO ARTA TAMPUBOLON
DEPARTEMEN GEOFISIKA DAN METEOROLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2011
ABSTRAK
SRIYO ADO ARTA TAMPUBOLON. Kalibrasi Sensor Solarimeter Termal Berbagai Ukuran.
Dibimbing oleh BREGAS BUDIANTO.
Radiasi surya merupakan sumber energi utama untuk proses-proses fisika atmosfer yang
menentukan keadaan cuaca dan iklim. Energi radiasi matahari tersebut berupa gelombang
elektromagnetik yang apabila sampai ke permukaan bumi, dapat berubah menjadi energi panas
atau energi termal. Energi termal tersebut diukur menggunakan bidang penyerap “black body”
dengan LM35 sebagai sensornya dan Printed Circuit Board (PCB) sebagai bahan pembuatannya.
Logam diberi cat warna hitam, sehingga mampu menangkap energi panas matahari dengan baik.
Penelitian ini bertujuan untuk melihat efektivitas luas bidang penyerap “black body” dengan
berbagai ukuran diameter yang berbeda, yaitu 10 cm; 9 cm; 8 cm; 7 cm; 6 cm; 5 cm dan hubungan
antara luas bidang penyerap “black body” dengan panas yang terakumulasi. Sensor solarimeter
digunakan sebagai kalibrator dengan sensitivitas sebesar 15 µV/watt/m2, sehingga 1 mV akan
setara dengan 66,7 watt/m2. Hasil kajian dalam penelitian ini menyimpulkan bahwa sensor suhu
bidang penyerap “black body” dengan ukuran diameter 5 cm memiliki efektivitas yang paling
tinggi dibandingkan sensor lain. Luas bidang permukaan sensor suhu bidang penyerap “black
body” tidak secara linear diikuti dengan panas yang terakumulasi. Semakin besar luas bidang
permukaan sensor suhu bidang penyerap “black body”, maka panas yang terakumulasi juga akan
semakin besar, tapi tidak linear.
Kata kunci: Sensor suhu LM35, radiasi surya, sensor solarimeter, dan bidang penyerap “black
body”.
ABSTRACT
SRIYO ADO ARTA TAMPUBOLON. Thermal-Solarimeter Calibration Various Measurements.
Supervised by BREGAS BUDIANTO.
Sun radiation is a primary energy source for physical atmospheric processes that determine
weather and climate conditions. Those sun radiation energy is in the form of electromagnetic wave
which if it reaches earth surface, it can change into thermal/heat energy. Thermal/heat energy was
measured by “black body” absorbance media , with LM35 as its sensor, and Printed Circuit Board
(PCB) as the material. Metal was painted by black coloured pain so that it can be ale to catch the
thermal energy well. This research’s aim is to see the efectivity of “black body” absorbance media
area size with various diameter sizes, namely, 10 cm, 9 cm, 8 cm, 7 cm, 6 cm, and 5 cm and the
relation between “black body” absorbance media area with accumulated thermal. Solarimeter
sensor is used as calibrator with its sensitivity15 µV/watt/m, so that 1 mV/watt/m2 equal to 66,7
watt/m2 . The result of this research indicates that that “black-body” temperature sensor with its
diameter size 5 cm has the highest effectivity, compared with other sensors. Black-body sensor
area is not directly proportionally/liniearly followed by the accumulated thermal. Bigger area size
of “black body” absorbance media, bigger accumulated thermal, but it wouldn’be linear.
Keywords: Thermal Sensor LM35, sun radiation, solarimeter sensor, and “black body’ absorbance
media.
KALIBRASI SENSOR SOLARIMETER TERMAL
BERBAGAI UKURAN
SRIYO ADO ARTA TAMPUBOLON
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains
pada Mayor Meteorologi Terapan
Departemen Geofisika dan Meteorologi
DEPARTEMEN GEOFISIKA DAN METEOROLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2011
“Hai
anak-anak,
taatilah orang tua-mu dalam segala hal,
karena itulah yang indah di dalam Tuhan”
(Kolose 3:20)
Karya kecil ini kupersembahkan untuk orang-orang yang kucintai :
Bapa, Almarhumah Ibu,Lae dan Kakak
(Lae Edbin, Kak Alisa, Kak Sumra),
Si kecil Radika
Judul Skripsi
Nama
NIM
: Kalibrasi Sensor Solarimeter Termal Berbagai Ukuran
: Sriyo Ado Arta Tampubolon
: G24070007
Disetujui
Pembimbing
Ir. Bregas Budianto, Ass Dpl
NIP. 19640308 199403 1 002
Diketahui
Ketua Departemen Geofisika dan Meteorologi
Dr. Ir. Rini Hidayati, MS.
NIP. 19600305 198703 2 002
Tanggal Lulus:
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkat dan
karunia-Nya sehingga tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan baik. Tugas akhir ini berjudul
Kalibrasi Sensor Solarimeter Termal Berbagai Ukuran. Penelitian ini dilaksanakan pada bulan
Februari hingga Juni 2011.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Ir. Bregas Budianto, Ass Dpl selaku dosen
pembimbing yang dengan sabar memberikan masukan dan pengarahan kepada penulis sehingga
tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan baik. Tugas akhir ini juga dapat terlaksana atas dukungan
dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis juga mengucapkan terima kasih yang
sebesar-besarnya kepada:
1. Kedua orang tua, yaitu bapak dan almarhumah ibu yang tercinta, Lae Edbin Napitupulu, kakak
dan adik (Alisa, Sumra, dan Radika) atas doa, dukungan, serta kasih sayangnya yang tak
terhingga.
2. Penghuni tetap workshop Instrumentasi Meteorologi, yaitu Pujo Satrio, Zahedi, senior
angkatan 42-up dan penghuni gelap, yaitu Rusianto dan Anies, Fitroh Nur Amin dan Icha,
Blake dan Fitri, Nedi dan Afdal, rekan-rekan angkatan 44 dari Lab Meteorologi, Lab
Klimatologi, Lab Agrometeorologi dan Lab Hidrometeorologi serta angkatan 45,46,47 yang
sudah membantu dalam pembuatan alat dan pencatatan data.
3. Keluarga Besar Komisi Kesenian: Vanbasten Tambunan, , Vania Dwi Astuti (Ternak Bau),
Metha, Bang Christa, Desi Singarimbun, Ribkha Sinaga (Pendek), Vera (Buaya), Marika
Veraria, Mega, Juliper, Tulus Hirdata, Joe, Manahan, Mega, Andrew Joshua Tingon, Bang
Icho Doloksaribu, Bang Wastin, serta adik-adik angkatan 45,46,47.
4. Keluarga Besar BASCOM (Batak’s Community) : Loris Panahatan, Eko, Tuek, Pembaruan,
Jhon Andi, Jhon N-70, Guntur, Sauqi_Baqs, Ancen, Christian Imanuel, Ondihon, Rendra,
Feriyaman, Fachri, Albertus, Andre, Adrian, Ricky, Winda, Christin, Isma Rosyida, Ega,
Mayun, dan Ketty Only.
5. Segenap civitas GFM : Pak Pono, Bu Inda, Mas Azis, Pak Jun, Mbak Wati, Mbak Icha, Pak
Badrudin, Pak Kaerun, Pak Udin, dan para dosen serta staf pengajar untuk bimbingan dan
bantuannya selama ini.
6. Teman-teman, Abang-abang, Kakak-kakak, adik-adik Himpunan Mahasiswa Labuhan Batu.
Dan kepada semua pihak lain yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan tugas
akhir ini, namun tidak dapat disebutkan satu persatu. Tanpa mereka, semua ini tidak akan berarti
apa-apa. Penulis juga menyadari bahwa penelitian ini masih jauh dari sempurna, namun semoga
bermanfaat bagi pihak-pihak yang membutuhkan.
Bogor, Juli 2011
Sriyo Ado Arta Tampubolon
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Kotacane, Aceh Tenggara pada tanggal 10 Juli 1989 dan merupakan anak
ke-3 dari 4 bersaudara oleh pasangan R.Tampubolon dan almarhumah R. Napitupulu.
Pendidikan penulis berawal dari Sekolah Dasar (SD) Methodist Indonesia 2 Rantauprapat dari
tahun 1995-2001. Setelah lulus dari SD, penulis melanjutkan ke Sekolah Lanjutan Tingkat
Pertama RK. Bintang Timur Rantauprapat dari tahun 2001-2004, dan dilanjutkan ke Sekolah
Menengah Atas Negeri 2 Rantau Utara dari tahun 2004-2007. Setelah lulus dari SMA, pada tahun
2007, melalui jalur USMI penulis diterima pada program studi mayor Meteorologi Terapan,
Departemen Geofisika dan Meteorologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
(FMIPA), Institut Pertanian Bogor.
Selama menjadi mahasiswa, penulis aktif dalam mengikuti berbagai kegiatan organisasi
seperti, Persekutuan Mahasiswa Kristen (PMK) sebagai divisi Intern, Himpunan Mahasiswa
Labuhan Batu (HIMLAB) sebagai ketua divisi bidang Seni dan Olah raga, Resimen Mahasiswa
Kompi-A sebagai Intelijen dan Pengamanan (INTELPAM) dan terakhir menjabat sebagai
Komandan PROVOOST. Untuk memperoleh gelar Sarjana Sains IPB, penulis menyelesaikan
skripsi dengan judul Kalibrasi Sensor Solarimeter Termal Berbagai Ukuran dibawah bimbingan Ir.
Bregas Budianto, Ass Dpl.
ix
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR GAMBAR ...................................................................................................................... x
DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................................................... x
I.
PENDAHULUAN ............................................................................................................... 1
1.1. Latar Belakang .............................................................................................................. 1
1.2. Tujuan ........................................................................................................................... 1
II.
TINJAUAN PUSTAKA ......................................................................................................
2.1. Radiasi Surya ................................................................................................................
2.2. Suhu Udara ...................................................................................................................
2.3 Printed Circuid Board (PCB) ........................................................................................
2.4. Sensor Suhu LM35 .......................................................................................................
2.5. Prinsip Kerja Sensor Solarimeter ..................................................................................
2.5.1 Karakteristik Sensor Solarimeter ...........................................................................
2.6 Pengaruh Benda Hitam ..................................................................................................
1
1
2
2
2
3
4
4
III.
METODOLOGI ...................................................................................................................
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian .......................................................................................
3.2. Alat dan Bahan ..............................................................................................................
3.3. Tahapan Penelitian ........................................................................................................
3.3.1 Perancangan Luas Bidang Penyerap “Black Body” ...............................................
3.3.2 Pemberian Cat Hitam ............................................................................................
3.3.3 Perancangan Sensor Suhu LM35 Pada Luas Bidang Penyerap “Black Body” ......
3.3.4 Pengujian Luas Bidang Penyerap “Black Body” ...................................................
3.3.5 Pengambilan Data .................................................................................................
3.3.6 Penyusunan Data ...................................................................................................
3.3.7 Penyetaraan Sensor Suhu LM35 ...........................................................................
5
5
5
5
5
6
6
6
6
6
6
IV.
HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................................................ 7
V.
SIMPULAN DAN SARAN ............................................................................................... 13
5.1 Simpulan ................................................................................................................ 13
5.2 Saran....................................................................................................................... 13
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................................... 13
LAMPIRAN .................................................................................................................................. 15
x
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Sensor suhu LM35 .................................................................................................................... 2
Skematik rangkaian dasar sensor suhu LM35 ........................................................................... 2
Sensor solarimeter .................................................................................................................... 4
LM35 yang di tekuk pada “black body” .................................................................................... 6
LM35 yang tidak di tekuk pada “black body” ........................................................................... 6
Penyetaraan sensor suhu LM35 ................................................................................................. 7
Hubungan luas bidang penyerap “black body” diameter 10 cm dengan sensor solarimeter ...... 7
Hubungan luas bidang penyerap “black body” diameter 9 cm dengan sensor solarimeter ........ 8
Hubungan luas bidang penyerap “black body” diameter 8 cm dengan sensor solarimeter ........ 8
Hubungan luas bidang penyerap “black body” diameter 7 cm dengan sensor solarimeter ........ 8
Hubungan luas bidang penyerap “black body” diameter 6 cm (di tekuk) dengan sensor
solarimeter ................................................................................................................................. 9
12 Hubungan luas bidang penyerap “black body” diameter 5 cm sensor solarimeter ..................... 9
13 Hubungan luas bidang penyerap “black body”diameter 6 cm (tidak di tekuk) dengan sensor
solarimeter ............................................................................................................................... 10
14 Kalibrator Sensor Solarimeter A dan Solarimeter B ................................................................ 11
15 Hubungan antara slope dan luas permukaan sensor suhu bidang penyerap “black body” ....... 12
16 Efektivitas sensor suhu bidang penyerap “black body”............................................................ 12
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1 Blok diagram prinsip kerja sensor suhu bidang penyerap “black body”.................................. 16
2 Blok diagram pembuatan sensor suhu bidang penyerap “black body” dan pengukuran di
lapangan................................................................................................................................... 17
3 Bidang penyerap “black body” dengan berbagai ukuran diameter yang di teliti ..................... 20
4 Bidang penyerap “black body” dengan ukuran diameter 2,5 cm sebagai pembanding
(kalibrator) ............................................................................................................................... 20
5 Pengukuran di dalam ruangan ................................................................................................ 18
6 Pengukuran di luar ruangan ..................................................................................................... 18
7 Beberapa Alat dan Bahan yang Digunakan ............................................................................. 19
8 Beberapa alat yang digunakan dalam penelitian ...................................................................... 19
1
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Radiasi surya merupakan sumber energi
utama untuk proses-proses fisika atmosfer
yang menentukan keadaan cuaca dan iklim di
atmosfer bumi. Energi surya yang dihasilkan
oleh
matahari
berupa
gelombang
elektromagnetik. Beberapa benda mampu
menangkap
gelombang
elektomagnetik
dengan baik dan dapat di ukur menggunakan
bidang penyerap “black body” dalam bentuk
energi termal.
Kemampuan bidang penyerap “black
body” dalam menangkap energi matahari
tergantung dari luas bidang penyerap “black
body”. Secara umum, semakin luas bidang
penyerap “black body”, maka kemampuan
dalam menangkap energi panas matahari akan
semakin besar, sebaliknya semakin kecil luas
bidang penyerap “black body”, maka
kemampuan dalam menangkap energi panas
matahari pun akan semakin kecil.
Semakin luasnya bidang penyerap “black
body”, tidak selamanya memiliki nilai
keefektifan yang tinggi. Ada kalanya
penggunaan luas bidang penyerap “black
body” dengan ukuran besar mengalami
kejenuhan dalam menerima energi panas
matahari, sehingga tidak perlu menggunakan
luas bidang penyerap “black body” dengan
ukuran besar melainkan menggunakan luas
bidang penyerap “black body” dengan ukuran
kecil.
Pemanfaatan bidang penyerap “black
body” yang tepat, baik dari segi ukuran luas
bidang penyerap dan kapasitas dalam
menampung jumlah energi panas matahari
dapat dijadikan sebagai pertimbangan.
Apabila penggunaan bidang penyerap “black
body” dengan luas bidang penyerap yang kecil
ternyata lebih efektif daripada penggunaan
luas bidang penyerap yang besar, hal ini
menunjukkan bahwa penggunaan bidang
penyerap “black body” dengan luas bidang
penyerap yang besar tidak diperlukan
Kalibrasi
adalah
kegiatan
untuk
menentukan kebenaran konvensional nilai
penunjukan alat ukur dan bahan ukur dengan
cara membandingkan terhadap standar ukur
yang mamputelusur (traceable) ke standar
nasional
untuk satuan ukuran dan/atau
internasional (LIPI 2009). Oleh karena itu,
dengan melakukan kalibrasi, masing-masing
luas bidang penyerap “black body” dapat
dibandingkan dengan nilai radiasi yang
datang.
1.2 Tujuan
Penelitian
ini
bertujuan
untuk
mengidentifikasi efektivitas luas bidang
penyerap “black body” dengan berbagai
ukuran diameter yang berbeda, yaitu 10 cm; 9
cm; 8 cm; 7 cm; 6 cm; 5 cm dan hubungan
antara luas bidang penyerap “black body”
dengan panas yang terakumulasi.
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Radiasi Surya
Radiasi adalah suatu istilah yang berlaku
untuk banyak proses yang melibatkan
pindahan tenaga oleh gejala gelombang
elektromagnetik (Pitts and Sissom 2001).
Sumber energi terbesar dan bersifat kontinyu
yang tersedia bagi manusia adalah energi
surya. Energi surya dihasilkan melalui rekasi
fusi yang terjadi dalam inti matahari, jika
cahaya menempa pada zat kimia pada sel
matahari maka akan dihasilkan energi listrik
potensial atau voltas (Jack Challoner 1998).
Energi surya dapat dikonversi secara
langsung menjadi bentuk energi lain dengan
tiga proses yaitu:
1. Proses
heliochemical
yaitu
proses
fotosintesis, proses ini
merupakan
sumber dari semua bahan bakar fosil dan
bioenergi.
2. Proses helioelectrical yaitu proses produksi
listrik oleh sel-sel surya.
3. Proses heliothermal adalah penyerapan
radiasi matahari dan pengkonversian
energi matahari menjadi energi termal.
Energi matahari yang sampai ke bumi
merupakan
sebuah
pancaran
gelombang pendek dalam bentuk radiasi.
Menurut Christopher Plafin (1998) radiasi
adalah energi pancaran berupa gelombang
elektromagnetik.Radiasi surya yang sampai
puncak atmosfer 1360 W/m2 sedangkan yang
sampai permukaan bumi setengah dari radiasi
surya yang sampai puncak atmosfer dan 30%
dari radiasi surya yang sampai permukaan
bumi dipantulkan kembali ke luar angkasa
(Handoko 1995).
Beberapa faktor yang menentukan
besarnya radiasi yang datang adalah tingkat
keawanan, sudut datang matahari dan kondisi
atmosfer. Tingkat keawanan dan sudut datang
matahari merupakan faktor utama yang
menentukan variasi besarnya radiasi yang
datang di bumi (Kondratyev 1969).
2
2.2 Suhu Udara
Suhu udara merupakan ukuran energi
kinetik rata-rata dari pergerakan molekulmolekul.
Suhu
dari
suatu
benda
menggambarkan keadaan yang menentukan
kemampuan
benda
tersebut
untuk
memindahkan (transfer) atau menerima panas
ke benda-benda lain. Benda yang bersuhu
lebih tinggi bila dalam sistem dua benda
ditunjukkan dengan benda yang kehilangan
panas (Short 2004). Parameter suhu biasanya
digunakan dalam pangamatan atau kontrol
lingkungan (Burrage dan Varley 1991).
2.3 Printed Circuid Board (PCB)
Salah satu komponen utama yang dipakai
dalam pembuatan peralatan elektronika adalah
PCB (Mambu, Grace A 2001). Papan
Rangkaian Tercetak (PRT) atau sering juga
disebut PCB (Printed Circuit Board)
merupakan papan pemasangan komponen
elektronika
yang
jalur
hubungannya
menggunakan papan berlapis tembaga.
Pembentukan jalur PCB dilakukan dengan
cara etching (pelarutan), dimana sebagian
tembaga dilepaskan secara kimia dari suatu
papan lapis tembaga kosong (blangko).
Tembaga yang tersisa beserta alasnya itulah
yang akan membentuk jalur pengawatan PCB.
Biasanya PCB ini terbuat dari sebuah isolator
yang dilapisi dengan konduktor. Biasanya
bahan isolator ini terbuat dari ebonit atau
fiber, sedangkan konduktornya terbuat dari
tembaga. Jenis-jenis PCB berdasarkan layer
(Akhal 2011):
1. PCB single layer, yaitu PCB yang lapisan
tembaganya hanya pada satu permukaan
saja (bisa di atas atau di bawah).
2. PCB double layer, yaitu PCB yang lapisan
tembaganya ada dibagian atas dan bagian
bawah.
3. PCB multi layer, yaitu PCB yang lapisan
tembaganya lebih dari dua.
Keuntungan menggunakan PCB:
1. Memperkecil dimensi yang digunakan.
2. Keandalannya tinggi.
3. Memperkecil kemungkinan kesalahan
pada saat penyambungan komponen
(pengkabelan)
4. Mudah dalam perbaikan (troubleshooting).
2.4 Sensor Suhu LM 35
Sensor suhu LM35 adalah komponen
elektronika yang memiliki fungsi untuk
mengubah besaran suhu menjadi besaran
listrik dalam bentuk tegangan. Sensor Suhu
LM35 yang dipakai dalam penelitian ini
berupa komponen elektronika yang diproduksi
oleh National Semiconductor.
Meskipun tegangan sensor ini dapat
mencapai 30 volt akan tetapi yang diberikan
kesensor adalah sebesar 5 volt, sehingga dapat
digunakan dengan catu daya tunggal dengan
ketentuan bahwa LM35 DZ
hanya
membutuhkan arus sebesar 60 µA. Hal ini
berarti LM35 DZ mempunyai kemampuan
menghasilkan panas (self-heating) dari sensor
yang
dapat
menyebabkan
kesalahan
pembacaan yang rendah yaitu kurang dari 0,5
ºC pada suhu 25 ºC (National Semiconductor
2000).
Gambar 1 Sensor suhu LM35
(Sumber: National Semiconductor)
Gambar diatas menunjukan bentuk dari
LM35 tampak depan dan tampak bawah. 3 pin
LM35 menujukan fungsi masing-masing pin
diantaranya, pin 1 berfungsi sebagai sumber
tegangan kerja dari LM35, pin 2 atau tengah
digunakan sebagai tegangan keluaran atau Vout
dengan jangkauan kerja dari 0 Volt sampai
dengan 1,5 Volt. Keluaran sensor ini akan
naik sebesar 10 mV setiap derajad celcius
sehingga diperoleh persamaan sebagai
berikut:
VLM35 = Suhu* 10 Mv
Gambar 2 Skematik rangkaian dasar sensor
suhu LM35
(Sumber: National Semiconductor)
3
Gambar diatas adalah gambar skematik
rangkaian dasar sensor suhu LM35-DZ.
Rangkaian ini sangat sederhana dan praktis.
Vout adalah tegangan keluaran sensor yang
terskala linear terhadap suhu terukur, yakni 10
mV per 1 0C.
2.5 Prinsip Kerja Sensor Solarimeter
Jenis alat pengukuran radiasi bermacammacam, antara lain Kipp solarimeter, Eppley
pyranometer, Stern pyranometer, tipe
Rothamsted solarimeter dan lain-lain. Kipp
solarimeter ini merupakan buatan belanda,
Eppley pyranometer merupakan buatan
Amerika Serikat, dengan termopil emas
palladium-platina rhodium sebagai sensornya.
Waktu tanggap (respon time) pada alat ini
adalah empat detik. Demikian juga halnya
dengan Stern pyranometer juga menggunakan
termopil sebagai sensor panas dan merupakan
buatan Austria. Alat ini mempunya respon
waktu yang lebih cepat dari Eppley, yaitu dua
detik. Rothamsted solarimeter mempunyai
waktu respon yang lambat yaitu 20 detik.
Sensor-sensor
pengukur
radiasi
mempunyai salah satu dari prinsip-prinsip:
1. Termoelektrik
2. Photoelektrik
3. Bimetalic distorsi
4. Destilasi.
Photoelektrik terdiri dari tiga tipe utama,
yaitu photo voltaic, photo emisi, dan photo
resistor sel. Ketiga hal tersebut mempunyai
sensitivitas spektral yang berbeda, dan
biasanya digunakan dalam biologi. Contoh
dari photo voltaic adalah selenium. Selenium
tersebut karena harganya murah dan output
nya juga besar. Pada selenium ini, cahaya
yang jatuh di atas lapisan selenium
menghasilkan energi untuk membebaskan
elektron-elektron di mana aliran dan
akumulasi pada metal film transparan
disimpan diatas permukaan sel. Dalam photo
emisi, elektron-elektron dibebaskan dari
permukaan sensitif pada katoda menuju
sekeliling atau sekitar gas dan dikumpulkan
pada anoda. Dengan digunakan tegangan yang
tetap, alirannya proporsional untuk intensitas
cahaya. Dalam photo resistor, tahanan listrik
pada sel berubah dengan intensitas cahaya
sebagai elektron-elektron yang digerakkan
dari keadaan non aktif dan siap sedia, untuk
menjadi elektron-elektron bebas, mengurangi
resistansi/tahanan listrik pada material.
Alat yang menggunakan prinsip distorsi
bimetalic adalah aktinograph dwi logam. alat
ini dikembangkan oleh observatorium Kew.
Prinsip kerja alat ini terdiri dari dua buah
lempengan logam yang berbeda warnanya
sebagai sensor, dimana lempengan yang satu
deberi warna putih dan pada bagian lain diberi
warna hitam.
Alat yang menggunakan prinsip destilasi
adalah Gun Bellani pyranometer. Alat ini
mengukur radiasi surya selama sehari sejak
dari matahari terbit hingga terbenam. Alat ini
mengukur radiasi surya melalui proses
penguapan zat cair terlebih dahulu. Jumlah zat
cair yang diuapkan berbanding lurus dengan
total radiasi surya yang diterima. Bagian alat
ini terdiri dari sensor yang berbentuk bulat
dan berwarna hitam pekat. Bola hitam ini
berisi zat cair yang dihubungkan dengan
tabung buret yang diberi skala dalam satuan
mililiter (cc). Radiasi yang diterima oleh
sensor mengakibatkan sensor menjadi panas
sehingga zat cair yang ada dalam sensor
menguap. Kemudian uap air ini akan
mengkondensasi dibagian bawah tabung
buret. Terdapat dua macam alat sejenis yang
dibedakan dalam penggunaan zat cair pengisi
sensor. Sensor ada yang menggunakan
alkohol (n-propyl alcohol) dan air. Sensor
yang diisi oleh alkohol mempunyai
kemampuan daya ukur maksimum 900
cal/cm2 dan banyak dipakai untuk daerahdaerah lintang tinggi dimana radiasi surya
rendah. Sedangkan sensor yang diisi dengan
air mempunyai kemampuan daya ukur 1800
cal/cm2 dan banyak dipakai di daerah tropis.
Kedua zat cair ini kurang peka terhadap
radiasi kurang dari 150 cal/cm2 (Julia
Lasmahati 1991).
Menurut Visala Oyj, sensor solarimeter
memiliki sensitivitas berkisar antara
9
µV/Wm-2 hingga 15 µV/Wm-2. Apabila
dilakukan perhitungan dengan mengkonversi
satuan dari µV/Wm-2 menjadi watt/m2 dengan
menggunakan sensitivitas sensor solarimeter
sebesar 15 µV/watt/m2, maka 1 mV akan
setara dengan 66,7 watt/m2. Sensitivitas
sensor solarimeter tersebut dapat diperoleh
dari perhitungan sebagai berikut:
Sensitivity
=9...15 µV/Wm-2
15 mV
=1000 Wm-2
1 mV
=66,7 Wm-2
4
Gambar 3 Sensor Solarimeter
(Sumber: Vaisala Oyj Tanpa tahun)
2.5.1 Karakteristik Sensor Solarimeter
Solarimeter memiliki karakteristik yang
cukup baik untuk dijadikan sebagai kalibrator.
Adapun karakteristik dari pada solarimeter
adalah sebagai berikut:
Spectral range
305...2800 nm(50 %
points)
Sensitivity
9...15 µV/Wm-2
Impedance
70...100 Ohm
Response time
1/e 5 s, 99 % 55 s
Non-linearity
BERBAGAI UKURAN
SRIYO ADO ARTA TAMPUBOLON
DEPARTEMEN GEOFISIKA DAN METEOROLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2011
ABSTRAK
SRIYO ADO ARTA TAMPUBOLON. Kalibrasi Sensor Solarimeter Termal Berbagai Ukuran.
Dibimbing oleh BREGAS BUDIANTO.
Radiasi surya merupakan sumber energi utama untuk proses-proses fisika atmosfer yang
menentukan keadaan cuaca dan iklim. Energi radiasi matahari tersebut berupa gelombang
elektromagnetik yang apabila sampai ke permukaan bumi, dapat berubah menjadi energi panas
atau energi termal. Energi termal tersebut diukur menggunakan bidang penyerap “black body”
dengan LM35 sebagai sensornya dan Printed Circuit Board (PCB) sebagai bahan pembuatannya.
Logam diberi cat warna hitam, sehingga mampu menangkap energi panas matahari dengan baik.
Penelitian ini bertujuan untuk melihat efektivitas luas bidang penyerap “black body” dengan
berbagai ukuran diameter yang berbeda, yaitu 10 cm; 9 cm; 8 cm; 7 cm; 6 cm; 5 cm dan hubungan
antara luas bidang penyerap “black body” dengan panas yang terakumulasi. Sensor solarimeter
digunakan sebagai kalibrator dengan sensitivitas sebesar 15 µV/watt/m2, sehingga 1 mV akan
setara dengan 66,7 watt/m2. Hasil kajian dalam penelitian ini menyimpulkan bahwa sensor suhu
bidang penyerap “black body” dengan ukuran diameter 5 cm memiliki efektivitas yang paling
tinggi dibandingkan sensor lain. Luas bidang permukaan sensor suhu bidang penyerap “black
body” tidak secara linear diikuti dengan panas yang terakumulasi. Semakin besar luas bidang
permukaan sensor suhu bidang penyerap “black body”, maka panas yang terakumulasi juga akan
semakin besar, tapi tidak linear.
Kata kunci: Sensor suhu LM35, radiasi surya, sensor solarimeter, dan bidang penyerap “black
body”.
ABSTRACT
SRIYO ADO ARTA TAMPUBOLON. Thermal-Solarimeter Calibration Various Measurements.
Supervised by BREGAS BUDIANTO.
Sun radiation is a primary energy source for physical atmospheric processes that determine
weather and climate conditions. Those sun radiation energy is in the form of electromagnetic wave
which if it reaches earth surface, it can change into thermal/heat energy. Thermal/heat energy was
measured by “black body” absorbance media , with LM35 as its sensor, and Printed Circuit Board
(PCB) as the material. Metal was painted by black coloured pain so that it can be ale to catch the
thermal energy well. This research’s aim is to see the efectivity of “black body” absorbance media
area size with various diameter sizes, namely, 10 cm, 9 cm, 8 cm, 7 cm, 6 cm, and 5 cm and the
relation between “black body” absorbance media area with accumulated thermal. Solarimeter
sensor is used as calibrator with its sensitivity15 µV/watt/m, so that 1 mV/watt/m2 equal to 66,7
watt/m2 . The result of this research indicates that that “black-body” temperature sensor with its
diameter size 5 cm has the highest effectivity, compared with other sensors. Black-body sensor
area is not directly proportionally/liniearly followed by the accumulated thermal. Bigger area size
of “black body” absorbance media, bigger accumulated thermal, but it wouldn’be linear.
Keywords: Thermal Sensor LM35, sun radiation, solarimeter sensor, and “black body’ absorbance
media.
KALIBRASI SENSOR SOLARIMETER TERMAL
BERBAGAI UKURAN
SRIYO ADO ARTA TAMPUBOLON
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains
pada Mayor Meteorologi Terapan
Departemen Geofisika dan Meteorologi
DEPARTEMEN GEOFISIKA DAN METEOROLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2011
“Hai
anak-anak,
taatilah orang tua-mu dalam segala hal,
karena itulah yang indah di dalam Tuhan”
(Kolose 3:20)
Karya kecil ini kupersembahkan untuk orang-orang yang kucintai :
Bapa, Almarhumah Ibu,Lae dan Kakak
(Lae Edbin, Kak Alisa, Kak Sumra),
Si kecil Radika
Judul Skripsi
Nama
NIM
: Kalibrasi Sensor Solarimeter Termal Berbagai Ukuran
: Sriyo Ado Arta Tampubolon
: G24070007
Disetujui
Pembimbing
Ir. Bregas Budianto, Ass Dpl
NIP. 19640308 199403 1 002
Diketahui
Ketua Departemen Geofisika dan Meteorologi
Dr. Ir. Rini Hidayati, MS.
NIP. 19600305 198703 2 002
Tanggal Lulus:
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkat dan
karunia-Nya sehingga tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan baik. Tugas akhir ini berjudul
Kalibrasi Sensor Solarimeter Termal Berbagai Ukuran. Penelitian ini dilaksanakan pada bulan
Februari hingga Juni 2011.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Ir. Bregas Budianto, Ass Dpl selaku dosen
pembimbing yang dengan sabar memberikan masukan dan pengarahan kepada penulis sehingga
tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan baik. Tugas akhir ini juga dapat terlaksana atas dukungan
dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis juga mengucapkan terima kasih yang
sebesar-besarnya kepada:
1. Kedua orang tua, yaitu bapak dan almarhumah ibu yang tercinta, Lae Edbin Napitupulu, kakak
dan adik (Alisa, Sumra, dan Radika) atas doa, dukungan, serta kasih sayangnya yang tak
terhingga.
2. Penghuni tetap workshop Instrumentasi Meteorologi, yaitu Pujo Satrio, Zahedi, senior
angkatan 42-up dan penghuni gelap, yaitu Rusianto dan Anies, Fitroh Nur Amin dan Icha,
Blake dan Fitri, Nedi dan Afdal, rekan-rekan angkatan 44 dari Lab Meteorologi, Lab
Klimatologi, Lab Agrometeorologi dan Lab Hidrometeorologi serta angkatan 45,46,47 yang
sudah membantu dalam pembuatan alat dan pencatatan data.
3. Keluarga Besar Komisi Kesenian: Vanbasten Tambunan, , Vania Dwi Astuti (Ternak Bau),
Metha, Bang Christa, Desi Singarimbun, Ribkha Sinaga (Pendek), Vera (Buaya), Marika
Veraria, Mega, Juliper, Tulus Hirdata, Joe, Manahan, Mega, Andrew Joshua Tingon, Bang
Icho Doloksaribu, Bang Wastin, serta adik-adik angkatan 45,46,47.
4. Keluarga Besar BASCOM (Batak’s Community) : Loris Panahatan, Eko, Tuek, Pembaruan,
Jhon Andi, Jhon N-70, Guntur, Sauqi_Baqs, Ancen, Christian Imanuel, Ondihon, Rendra,
Feriyaman, Fachri, Albertus, Andre, Adrian, Ricky, Winda, Christin, Isma Rosyida, Ega,
Mayun, dan Ketty Only.
5. Segenap civitas GFM : Pak Pono, Bu Inda, Mas Azis, Pak Jun, Mbak Wati, Mbak Icha, Pak
Badrudin, Pak Kaerun, Pak Udin, dan para dosen serta staf pengajar untuk bimbingan dan
bantuannya selama ini.
6. Teman-teman, Abang-abang, Kakak-kakak, adik-adik Himpunan Mahasiswa Labuhan Batu.
Dan kepada semua pihak lain yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan tugas
akhir ini, namun tidak dapat disebutkan satu persatu. Tanpa mereka, semua ini tidak akan berarti
apa-apa. Penulis juga menyadari bahwa penelitian ini masih jauh dari sempurna, namun semoga
bermanfaat bagi pihak-pihak yang membutuhkan.
Bogor, Juli 2011
Sriyo Ado Arta Tampubolon
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Kotacane, Aceh Tenggara pada tanggal 10 Juli 1989 dan merupakan anak
ke-3 dari 4 bersaudara oleh pasangan R.Tampubolon dan almarhumah R. Napitupulu.
Pendidikan penulis berawal dari Sekolah Dasar (SD) Methodist Indonesia 2 Rantauprapat dari
tahun 1995-2001. Setelah lulus dari SD, penulis melanjutkan ke Sekolah Lanjutan Tingkat
Pertama RK. Bintang Timur Rantauprapat dari tahun 2001-2004, dan dilanjutkan ke Sekolah
Menengah Atas Negeri 2 Rantau Utara dari tahun 2004-2007. Setelah lulus dari SMA, pada tahun
2007, melalui jalur USMI penulis diterima pada program studi mayor Meteorologi Terapan,
Departemen Geofisika dan Meteorologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
(FMIPA), Institut Pertanian Bogor.
Selama menjadi mahasiswa, penulis aktif dalam mengikuti berbagai kegiatan organisasi
seperti, Persekutuan Mahasiswa Kristen (PMK) sebagai divisi Intern, Himpunan Mahasiswa
Labuhan Batu (HIMLAB) sebagai ketua divisi bidang Seni dan Olah raga, Resimen Mahasiswa
Kompi-A sebagai Intelijen dan Pengamanan (INTELPAM) dan terakhir menjabat sebagai
Komandan PROVOOST. Untuk memperoleh gelar Sarjana Sains IPB, penulis menyelesaikan
skripsi dengan judul Kalibrasi Sensor Solarimeter Termal Berbagai Ukuran dibawah bimbingan Ir.
Bregas Budianto, Ass Dpl.
ix
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR GAMBAR ...................................................................................................................... x
DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................................................... x
I.
PENDAHULUAN ............................................................................................................... 1
1.1. Latar Belakang .............................................................................................................. 1
1.2. Tujuan ........................................................................................................................... 1
II.
TINJAUAN PUSTAKA ......................................................................................................
2.1. Radiasi Surya ................................................................................................................
2.2. Suhu Udara ...................................................................................................................
2.3 Printed Circuid Board (PCB) ........................................................................................
2.4. Sensor Suhu LM35 .......................................................................................................
2.5. Prinsip Kerja Sensor Solarimeter ..................................................................................
2.5.1 Karakteristik Sensor Solarimeter ...........................................................................
2.6 Pengaruh Benda Hitam ..................................................................................................
1
1
2
2
2
3
4
4
III.
METODOLOGI ...................................................................................................................
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian .......................................................................................
3.2. Alat dan Bahan ..............................................................................................................
3.3. Tahapan Penelitian ........................................................................................................
3.3.1 Perancangan Luas Bidang Penyerap “Black Body” ...............................................
3.3.2 Pemberian Cat Hitam ............................................................................................
3.3.3 Perancangan Sensor Suhu LM35 Pada Luas Bidang Penyerap “Black Body” ......
3.3.4 Pengujian Luas Bidang Penyerap “Black Body” ...................................................
3.3.5 Pengambilan Data .................................................................................................
3.3.6 Penyusunan Data ...................................................................................................
3.3.7 Penyetaraan Sensor Suhu LM35 ...........................................................................
5
5
5
5
5
6
6
6
6
6
6
IV.
HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................................................ 7
V.
SIMPULAN DAN SARAN ............................................................................................... 13
5.1 Simpulan ................................................................................................................ 13
5.2 Saran....................................................................................................................... 13
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................................... 13
LAMPIRAN .................................................................................................................................. 15
x
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Sensor suhu LM35 .................................................................................................................... 2
Skematik rangkaian dasar sensor suhu LM35 ........................................................................... 2
Sensor solarimeter .................................................................................................................... 4
LM35 yang di tekuk pada “black body” .................................................................................... 6
LM35 yang tidak di tekuk pada “black body” ........................................................................... 6
Penyetaraan sensor suhu LM35 ................................................................................................. 7
Hubungan luas bidang penyerap “black body” diameter 10 cm dengan sensor solarimeter ...... 7
Hubungan luas bidang penyerap “black body” diameter 9 cm dengan sensor solarimeter ........ 8
Hubungan luas bidang penyerap “black body” diameter 8 cm dengan sensor solarimeter ........ 8
Hubungan luas bidang penyerap “black body” diameter 7 cm dengan sensor solarimeter ........ 8
Hubungan luas bidang penyerap “black body” diameter 6 cm (di tekuk) dengan sensor
solarimeter ................................................................................................................................. 9
12 Hubungan luas bidang penyerap “black body” diameter 5 cm sensor solarimeter ..................... 9
13 Hubungan luas bidang penyerap “black body”diameter 6 cm (tidak di tekuk) dengan sensor
solarimeter ............................................................................................................................... 10
14 Kalibrator Sensor Solarimeter A dan Solarimeter B ................................................................ 11
15 Hubungan antara slope dan luas permukaan sensor suhu bidang penyerap “black body” ....... 12
16 Efektivitas sensor suhu bidang penyerap “black body”............................................................ 12
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1 Blok diagram prinsip kerja sensor suhu bidang penyerap “black body”.................................. 16
2 Blok diagram pembuatan sensor suhu bidang penyerap “black body” dan pengukuran di
lapangan................................................................................................................................... 17
3 Bidang penyerap “black body” dengan berbagai ukuran diameter yang di teliti ..................... 20
4 Bidang penyerap “black body” dengan ukuran diameter 2,5 cm sebagai pembanding
(kalibrator) ............................................................................................................................... 20
5 Pengukuran di dalam ruangan ................................................................................................ 18
6 Pengukuran di luar ruangan ..................................................................................................... 18
7 Beberapa Alat dan Bahan yang Digunakan ............................................................................. 19
8 Beberapa alat yang digunakan dalam penelitian ...................................................................... 19
1
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Radiasi surya merupakan sumber energi
utama untuk proses-proses fisika atmosfer
yang menentukan keadaan cuaca dan iklim di
atmosfer bumi. Energi surya yang dihasilkan
oleh
matahari
berupa
gelombang
elektromagnetik. Beberapa benda mampu
menangkap
gelombang
elektomagnetik
dengan baik dan dapat di ukur menggunakan
bidang penyerap “black body” dalam bentuk
energi termal.
Kemampuan bidang penyerap “black
body” dalam menangkap energi matahari
tergantung dari luas bidang penyerap “black
body”. Secara umum, semakin luas bidang
penyerap “black body”, maka kemampuan
dalam menangkap energi panas matahari akan
semakin besar, sebaliknya semakin kecil luas
bidang penyerap “black body”, maka
kemampuan dalam menangkap energi panas
matahari pun akan semakin kecil.
Semakin luasnya bidang penyerap “black
body”, tidak selamanya memiliki nilai
keefektifan yang tinggi. Ada kalanya
penggunaan luas bidang penyerap “black
body” dengan ukuran besar mengalami
kejenuhan dalam menerima energi panas
matahari, sehingga tidak perlu menggunakan
luas bidang penyerap “black body” dengan
ukuran besar melainkan menggunakan luas
bidang penyerap “black body” dengan ukuran
kecil.
Pemanfaatan bidang penyerap “black
body” yang tepat, baik dari segi ukuran luas
bidang penyerap dan kapasitas dalam
menampung jumlah energi panas matahari
dapat dijadikan sebagai pertimbangan.
Apabila penggunaan bidang penyerap “black
body” dengan luas bidang penyerap yang kecil
ternyata lebih efektif daripada penggunaan
luas bidang penyerap yang besar, hal ini
menunjukkan bahwa penggunaan bidang
penyerap “black body” dengan luas bidang
penyerap yang besar tidak diperlukan
Kalibrasi
adalah
kegiatan
untuk
menentukan kebenaran konvensional nilai
penunjukan alat ukur dan bahan ukur dengan
cara membandingkan terhadap standar ukur
yang mamputelusur (traceable) ke standar
nasional
untuk satuan ukuran dan/atau
internasional (LIPI 2009). Oleh karena itu,
dengan melakukan kalibrasi, masing-masing
luas bidang penyerap “black body” dapat
dibandingkan dengan nilai radiasi yang
datang.
1.2 Tujuan
Penelitian
ini
bertujuan
untuk
mengidentifikasi efektivitas luas bidang
penyerap “black body” dengan berbagai
ukuran diameter yang berbeda, yaitu 10 cm; 9
cm; 8 cm; 7 cm; 6 cm; 5 cm dan hubungan
antara luas bidang penyerap “black body”
dengan panas yang terakumulasi.
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Radiasi Surya
Radiasi adalah suatu istilah yang berlaku
untuk banyak proses yang melibatkan
pindahan tenaga oleh gejala gelombang
elektromagnetik (Pitts and Sissom 2001).
Sumber energi terbesar dan bersifat kontinyu
yang tersedia bagi manusia adalah energi
surya. Energi surya dihasilkan melalui rekasi
fusi yang terjadi dalam inti matahari, jika
cahaya menempa pada zat kimia pada sel
matahari maka akan dihasilkan energi listrik
potensial atau voltas (Jack Challoner 1998).
Energi surya dapat dikonversi secara
langsung menjadi bentuk energi lain dengan
tiga proses yaitu:
1. Proses
heliochemical
yaitu
proses
fotosintesis, proses ini
merupakan
sumber dari semua bahan bakar fosil dan
bioenergi.
2. Proses helioelectrical yaitu proses produksi
listrik oleh sel-sel surya.
3. Proses heliothermal adalah penyerapan
radiasi matahari dan pengkonversian
energi matahari menjadi energi termal.
Energi matahari yang sampai ke bumi
merupakan
sebuah
pancaran
gelombang pendek dalam bentuk radiasi.
Menurut Christopher Plafin (1998) radiasi
adalah energi pancaran berupa gelombang
elektromagnetik.Radiasi surya yang sampai
puncak atmosfer 1360 W/m2 sedangkan yang
sampai permukaan bumi setengah dari radiasi
surya yang sampai puncak atmosfer dan 30%
dari radiasi surya yang sampai permukaan
bumi dipantulkan kembali ke luar angkasa
(Handoko 1995).
Beberapa faktor yang menentukan
besarnya radiasi yang datang adalah tingkat
keawanan, sudut datang matahari dan kondisi
atmosfer. Tingkat keawanan dan sudut datang
matahari merupakan faktor utama yang
menentukan variasi besarnya radiasi yang
datang di bumi (Kondratyev 1969).
2
2.2 Suhu Udara
Suhu udara merupakan ukuran energi
kinetik rata-rata dari pergerakan molekulmolekul.
Suhu
dari
suatu
benda
menggambarkan keadaan yang menentukan
kemampuan
benda
tersebut
untuk
memindahkan (transfer) atau menerima panas
ke benda-benda lain. Benda yang bersuhu
lebih tinggi bila dalam sistem dua benda
ditunjukkan dengan benda yang kehilangan
panas (Short 2004). Parameter suhu biasanya
digunakan dalam pangamatan atau kontrol
lingkungan (Burrage dan Varley 1991).
2.3 Printed Circuid Board (PCB)
Salah satu komponen utama yang dipakai
dalam pembuatan peralatan elektronika adalah
PCB (Mambu, Grace A 2001). Papan
Rangkaian Tercetak (PRT) atau sering juga
disebut PCB (Printed Circuit Board)
merupakan papan pemasangan komponen
elektronika
yang
jalur
hubungannya
menggunakan papan berlapis tembaga.
Pembentukan jalur PCB dilakukan dengan
cara etching (pelarutan), dimana sebagian
tembaga dilepaskan secara kimia dari suatu
papan lapis tembaga kosong (blangko).
Tembaga yang tersisa beserta alasnya itulah
yang akan membentuk jalur pengawatan PCB.
Biasanya PCB ini terbuat dari sebuah isolator
yang dilapisi dengan konduktor. Biasanya
bahan isolator ini terbuat dari ebonit atau
fiber, sedangkan konduktornya terbuat dari
tembaga. Jenis-jenis PCB berdasarkan layer
(Akhal 2011):
1. PCB single layer, yaitu PCB yang lapisan
tembaganya hanya pada satu permukaan
saja (bisa di atas atau di bawah).
2. PCB double layer, yaitu PCB yang lapisan
tembaganya ada dibagian atas dan bagian
bawah.
3. PCB multi layer, yaitu PCB yang lapisan
tembaganya lebih dari dua.
Keuntungan menggunakan PCB:
1. Memperkecil dimensi yang digunakan.
2. Keandalannya tinggi.
3. Memperkecil kemungkinan kesalahan
pada saat penyambungan komponen
(pengkabelan)
4. Mudah dalam perbaikan (troubleshooting).
2.4 Sensor Suhu LM 35
Sensor suhu LM35 adalah komponen
elektronika yang memiliki fungsi untuk
mengubah besaran suhu menjadi besaran
listrik dalam bentuk tegangan. Sensor Suhu
LM35 yang dipakai dalam penelitian ini
berupa komponen elektronika yang diproduksi
oleh National Semiconductor.
Meskipun tegangan sensor ini dapat
mencapai 30 volt akan tetapi yang diberikan
kesensor adalah sebesar 5 volt, sehingga dapat
digunakan dengan catu daya tunggal dengan
ketentuan bahwa LM35 DZ
hanya
membutuhkan arus sebesar 60 µA. Hal ini
berarti LM35 DZ mempunyai kemampuan
menghasilkan panas (self-heating) dari sensor
yang
dapat
menyebabkan
kesalahan
pembacaan yang rendah yaitu kurang dari 0,5
ºC pada suhu 25 ºC (National Semiconductor
2000).
Gambar 1 Sensor suhu LM35
(Sumber: National Semiconductor)
Gambar diatas menunjukan bentuk dari
LM35 tampak depan dan tampak bawah. 3 pin
LM35 menujukan fungsi masing-masing pin
diantaranya, pin 1 berfungsi sebagai sumber
tegangan kerja dari LM35, pin 2 atau tengah
digunakan sebagai tegangan keluaran atau Vout
dengan jangkauan kerja dari 0 Volt sampai
dengan 1,5 Volt. Keluaran sensor ini akan
naik sebesar 10 mV setiap derajad celcius
sehingga diperoleh persamaan sebagai
berikut:
VLM35 = Suhu* 10 Mv
Gambar 2 Skematik rangkaian dasar sensor
suhu LM35
(Sumber: National Semiconductor)
3
Gambar diatas adalah gambar skematik
rangkaian dasar sensor suhu LM35-DZ.
Rangkaian ini sangat sederhana dan praktis.
Vout adalah tegangan keluaran sensor yang
terskala linear terhadap suhu terukur, yakni 10
mV per 1 0C.
2.5 Prinsip Kerja Sensor Solarimeter
Jenis alat pengukuran radiasi bermacammacam, antara lain Kipp solarimeter, Eppley
pyranometer, Stern pyranometer, tipe
Rothamsted solarimeter dan lain-lain. Kipp
solarimeter ini merupakan buatan belanda,
Eppley pyranometer merupakan buatan
Amerika Serikat, dengan termopil emas
palladium-platina rhodium sebagai sensornya.
Waktu tanggap (respon time) pada alat ini
adalah empat detik. Demikian juga halnya
dengan Stern pyranometer juga menggunakan
termopil sebagai sensor panas dan merupakan
buatan Austria. Alat ini mempunya respon
waktu yang lebih cepat dari Eppley, yaitu dua
detik. Rothamsted solarimeter mempunyai
waktu respon yang lambat yaitu 20 detik.
Sensor-sensor
pengukur
radiasi
mempunyai salah satu dari prinsip-prinsip:
1. Termoelektrik
2. Photoelektrik
3. Bimetalic distorsi
4. Destilasi.
Photoelektrik terdiri dari tiga tipe utama,
yaitu photo voltaic, photo emisi, dan photo
resistor sel. Ketiga hal tersebut mempunyai
sensitivitas spektral yang berbeda, dan
biasanya digunakan dalam biologi. Contoh
dari photo voltaic adalah selenium. Selenium
tersebut karena harganya murah dan output
nya juga besar. Pada selenium ini, cahaya
yang jatuh di atas lapisan selenium
menghasilkan energi untuk membebaskan
elektron-elektron di mana aliran dan
akumulasi pada metal film transparan
disimpan diatas permukaan sel. Dalam photo
emisi, elektron-elektron dibebaskan dari
permukaan sensitif pada katoda menuju
sekeliling atau sekitar gas dan dikumpulkan
pada anoda. Dengan digunakan tegangan yang
tetap, alirannya proporsional untuk intensitas
cahaya. Dalam photo resistor, tahanan listrik
pada sel berubah dengan intensitas cahaya
sebagai elektron-elektron yang digerakkan
dari keadaan non aktif dan siap sedia, untuk
menjadi elektron-elektron bebas, mengurangi
resistansi/tahanan listrik pada material.
Alat yang menggunakan prinsip distorsi
bimetalic adalah aktinograph dwi logam. alat
ini dikembangkan oleh observatorium Kew.
Prinsip kerja alat ini terdiri dari dua buah
lempengan logam yang berbeda warnanya
sebagai sensor, dimana lempengan yang satu
deberi warna putih dan pada bagian lain diberi
warna hitam.
Alat yang menggunakan prinsip destilasi
adalah Gun Bellani pyranometer. Alat ini
mengukur radiasi surya selama sehari sejak
dari matahari terbit hingga terbenam. Alat ini
mengukur radiasi surya melalui proses
penguapan zat cair terlebih dahulu. Jumlah zat
cair yang diuapkan berbanding lurus dengan
total radiasi surya yang diterima. Bagian alat
ini terdiri dari sensor yang berbentuk bulat
dan berwarna hitam pekat. Bola hitam ini
berisi zat cair yang dihubungkan dengan
tabung buret yang diberi skala dalam satuan
mililiter (cc). Radiasi yang diterima oleh
sensor mengakibatkan sensor menjadi panas
sehingga zat cair yang ada dalam sensor
menguap. Kemudian uap air ini akan
mengkondensasi dibagian bawah tabung
buret. Terdapat dua macam alat sejenis yang
dibedakan dalam penggunaan zat cair pengisi
sensor. Sensor ada yang menggunakan
alkohol (n-propyl alcohol) dan air. Sensor
yang diisi oleh alkohol mempunyai
kemampuan daya ukur maksimum 900
cal/cm2 dan banyak dipakai untuk daerahdaerah lintang tinggi dimana radiasi surya
rendah. Sedangkan sensor yang diisi dengan
air mempunyai kemampuan daya ukur 1800
cal/cm2 dan banyak dipakai di daerah tropis.
Kedua zat cair ini kurang peka terhadap
radiasi kurang dari 150 cal/cm2 (Julia
Lasmahati 1991).
Menurut Visala Oyj, sensor solarimeter
memiliki sensitivitas berkisar antara
9
µV/Wm-2 hingga 15 µV/Wm-2. Apabila
dilakukan perhitungan dengan mengkonversi
satuan dari µV/Wm-2 menjadi watt/m2 dengan
menggunakan sensitivitas sensor solarimeter
sebesar 15 µV/watt/m2, maka 1 mV akan
setara dengan 66,7 watt/m2. Sensitivitas
sensor solarimeter tersebut dapat diperoleh
dari perhitungan sebagai berikut:
Sensitivity
=9...15 µV/Wm-2
15 mV
=1000 Wm-2
1 mV
=66,7 Wm-2
4
Gambar 3 Sensor Solarimeter
(Sumber: Vaisala Oyj Tanpa tahun)
2.5.1 Karakteristik Sensor Solarimeter
Solarimeter memiliki karakteristik yang
cukup baik untuk dijadikan sebagai kalibrator.
Adapun karakteristik dari pada solarimeter
adalah sebagai berikut:
Spectral range
305...2800 nm(50 %
points)
Sensitivity
9...15 µV/Wm-2
Impedance
70...100 Ohm
Response time
1/e 5 s, 99 % 55 s
Non-linearity