pembuatan alat ukur massa jenis menggunakan lvdt dan...

of 31 /31
PEMBUATAN ALAT UKUR MASSA JENIS MENGGUNAKAN LVDT DAN SOUNDCARD SEBAGAI ANTARMUKA Oleh, Jaclyn J Hambaora NIM: 192013705 TUGAS AKHIR Diajukan kepada Program Studi Pendidikan Fisika, Fakultas Sains dan Matematika guna memenuhi sebagian dari persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Pendidikan PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA FAKULTAS SAINS DAN MATEMATIKA UNIVERSITAS KRISTEN SATYA WACANA SALATIGA 2014

Upload: dangcong

Post on 02-Mar-2019

229 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Pembuatan Alat Ukur Massa Jenis menggunakan LVDT dan …repository.uksw.edu/bitstream/123456789/4951/2/T1_192013705_Full... · DAFTAR PUSTAKA ..... 13 LAMPIRAN ..... 14 1 PEMBUATAN

PEMBUATAN ALAT UKUR MASSA JENIS MENGGUNAKAN LVDT

DAN SOUNDCARD SEBAGAI ANTARMUKA

Oleh,

Jaclyn J Hambaora

NIM: 192013705

TUGAS AKHIR

Diajukan kepada Program Studi Pendidikan Fisika, Fakultas Sains dan

Matematika guna memenuhi sebagian dari persyaratan untuk memperoleh gelar

Sarjana Pendidikan

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA

FAKULTAS SAINS DAN MATEMATIKA

UNIVERSITAS KRISTEN SATYA WACANA

SALATIGA

2014

Page 2: Pembuatan Alat Ukur Massa Jenis menggunakan LVDT dan …repository.uksw.edu/bitstream/123456789/4951/2/T1_192013705_Full... · DAFTAR PUSTAKA ..... 13 LAMPIRAN ..... 14 1 PEMBUATAN
Page 3: Pembuatan Alat Ukur Massa Jenis menggunakan LVDT dan …repository.uksw.edu/bitstream/123456789/4951/2/T1_192013705_Full... · DAFTAR PUSTAKA ..... 13 LAMPIRAN ..... 14 1 PEMBUATAN
Page 4: Pembuatan Alat Ukur Massa Jenis menggunakan LVDT dan …repository.uksw.edu/bitstream/123456789/4951/2/T1_192013705_Full... · DAFTAR PUSTAKA ..... 13 LAMPIRAN ..... 14 1 PEMBUATAN

ii

Page 5: Pembuatan Alat Ukur Massa Jenis menggunakan LVDT dan …repository.uksw.edu/bitstream/123456789/4951/2/T1_192013705_Full... · DAFTAR PUSTAKA ..... 13 LAMPIRAN ..... 14 1 PEMBUATAN

iii

Page 6: Pembuatan Alat Ukur Massa Jenis menggunakan LVDT dan …repository.uksw.edu/bitstream/123456789/4951/2/T1_192013705_Full... · DAFTAR PUSTAKA ..... 13 LAMPIRAN ..... 14 1 PEMBUATAN

iv

Page 7: Pembuatan Alat Ukur Massa Jenis menggunakan LVDT dan …repository.uksw.edu/bitstream/123456789/4951/2/T1_192013705_Full... · DAFTAR PUSTAKA ..... 13 LAMPIRAN ..... 14 1 PEMBUATAN

v

Motto

Jika Allah di pihak kita, siapakah yang akan dapat melawan kita? (Roma 8:31b), kita lebih dari orang-orang yang menang, oleh Dia yang telah mengasihi kita (Roma

8:37).

Pencobaan-pencobaan yang kamu alami ialah pencobaan-pencobaan biasa, yang tidak melebihi kekuatan manusia. Sebab Allah setia dan karena itu Ia tidak akan

membiarkan kamu dicobai melampaui kekuatanmu. Pada waktu kamu dicobai Ia akan memberikann kepadamu jalan keluar, sehingga kamu dapat menanggungnya.

(1Korintus 10:13)

Masa lalu merupakan pelajaran yang paling berharga dalam menjalani masa kini. Belajarlah dari pengalaman.

(^_^)

Tak ada yang mustahil bagi Dia, Ia membuat segala sesuatu indah pada waktunya. Sealalu ada harapan bagi orang yang mengandalkanNya.

(^_^)

Page 8: Pembuatan Alat Ukur Massa Jenis menggunakan LVDT dan …repository.uksw.edu/bitstream/123456789/4951/2/T1_192013705_Full... · DAFTAR PUSTAKA ..... 13 LAMPIRAN ..... 14 1 PEMBUATAN

vi

Saya persembahkan tulisan ini untuk papaku tercinta yang mendidik saya

untuk berani menghadapi tantangan yang ada dan berani menerima dengan

lapang dada segala konsekuensi dari tindakan yang saya ambil.

Juga buat mamaku tersayang yang dengan penuh kasih mendidik untuk

selalu sabar. Yang rela berkorban demi keberhasilan dan masa depan anak-

anaknya.

Buat anakku tersayang Dhestia, terimakasih buat cintamu. Melihatmu

membuat saya semakin semangat untuk menyelesaikan studi.

Thank’s for your love and prayer for me...

Page 9: Pembuatan Alat Ukur Massa Jenis menggunakan LVDT dan …repository.uksw.edu/bitstream/123456789/4951/2/T1_192013705_Full... · DAFTAR PUSTAKA ..... 13 LAMPIRAN ..... 14 1 PEMBUATAN

vii

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas segala

rahmat dan kemurahanNya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini.

Skripsi ini ditulis dan disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan

memperoleh gelar Sarjana Pendidikan (S.Pd.) Fisika di Universitas Kristen Satya

Wacana Salatiga.

Penulis menyadari penuh, bahwa keberhasilan yang dicapai untuk

menyelesaikan tugas akhir ini tidak lepas dari dukungan serta bantuan dari

berbagai pihak disekitar penulis yang sangat penulis hormati, kasihi dan sayangi.

Untuk itu, pada kesempatan ini, penulis ingin menyampaikan terimakasih kepada :

1. Terimakasih banyak buat Bapak Suryasatriya Trihandaru yang sudah

banyak membantu penulis baik selama penulis masih mengikuti kuliah,

juga ketika penulis kembali dari cuti panjang, sampai pada penyusunan

skripsi. Tak ada kata yang dapat terpikirkan selain kata terimakasih yang

sebesar-besarnya. Terimakasih sudah menjadi bapak bagi penulis.

2. Bapak Suryasatriya Trihandaru selaku pembimbing I danIbu Made Rai

Suci Shanti selaku pembimbing II yang penulis hormati yang sudah

bersedia menyediakan waktu, tenaga, memotivasi, dan banyak

membimbing penulis dengan penuh kesabaran sampai penyusunan skripsi

selesai. Terimakasih banyak.

3. Segenap Dosen Pengajar Pogram Studi Pendidikan Fisika, terutama bu

Marmi Sudarmi, terimakasih atas semua yang penulis dapatkan selama

perkuliahan. Pelajaran dan pengalaman berharga yang tak mungkin

penulis dapatkan di tempat lain.

4. Pak Tafip Hariyanto yang banyak membantu, dan banyak memberikan

nasihat kepada penulis. Terimakasih pak De, terimakasih sudah menjadi

bapak buat penulis.

Page 10: Pembuatan Alat Ukur Massa Jenis menggunakan LVDT dan …repository.uksw.edu/bitstream/123456789/4951/2/T1_192013705_Full... · DAFTAR PUSTAKA ..... 13 LAMPIRAN ..... 14 1 PEMBUATAN

viii

5. Mas Tri dan Mas Sigit terimakasih untuk bantuannya selama ini.

Terimakasih karena ditengah-tengah kesibukan kalian, masih ada waktu

buat membantu penulis.

6. Buat sahabat-sahabatku, Arini D Parawi dan Agustin D Lakiu yang

banyak memberikan dukungan bagi penulis. Terimakasih sudah menjadi

teman dan sahabat.

7. Eureka Adang dan Amel yang banyak membantu penulis terutama untuk

pinjaman laptopnya. Thank u so much.

8. Teman-teman pendidikan fisika angkatan 2006. Terimakasih atas

kebersamaannya.

9. Adik-adik dan kakak angkatan Pendidikan Fisika yang tidak dapat saya

sebutkan satu persatu namanya terima kasih atas dukungan dan

bantuannya.

10. Teman-teman Happy Center yang telah mendukung penulis dalam doa.

Terimakasih buat persekutuan yang indah yang penulis rasakan, semoga

persekutuan doa di Happy Center semakin diberkati dan memberkati lebih

dan lebih banyak lagi.

11. Teman-teman latihan Wushu yang membuat penulis semangat dalam

mengerjakan skripsi. Semoga kebersamaan dan keceriaan yang ada dapat

dipertahankan. #Jiayou

12. Teman-teman kos Dipo 86B, terimakasih atas kebersamaan kita setiap

hari, atas pengertian dan bantuannya.

13. Buat semua keluarga besar di Sumba,terutama keluarga Prailiu, Payeti,

Padadita, Lewa, terimakasih buat cinta, kasih, nasihat, penerimaan,

dukungan serta doanya sehingga penulis tetap semangat untuk

melanjutkan kuliah.

14. Seluruh pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu per satu namanya

yang turut dan terlibat dalam penyusunan tugas akhir ini.

Page 11: Pembuatan Alat Ukur Massa Jenis menggunakan LVDT dan …repository.uksw.edu/bitstream/123456789/4951/2/T1_192013705_Full... · DAFTAR PUSTAKA ..... 13 LAMPIRAN ..... 14 1 PEMBUATAN

ix

Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini jauh dari sempurna, untuk itu

kritik dan saran yang membangun sangat penulis harapkan dari pembaca untuk

hasil yang lebih baik lagi dimasa yang akan datang. Apabila ada kata-kata yang

kurang berkenan, penulis mohon maaf.

Semoga skripsi ini bermanfaat bagi semua pihak yang membutuhkan dan

semoga kita semua selalu dalam lindungan Tuhan Yang Maha Esa.

Salatiga, 5 Februari 2014

Penulis

Page 12: Pembuatan Alat Ukur Massa Jenis menggunakan LVDT dan …repository.uksw.edu/bitstream/123456789/4951/2/T1_192013705_Full... · DAFTAR PUSTAKA ..... 13 LAMPIRAN ..... 14 1 PEMBUATAN

x

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ................................................................... i

LEMBAR PENGESAHAN ................................................................... ii

PERNYATAAN KEASLIAN ................................................................... iii

PERNYATAAN PUBLIKASI ................................................................... iv

MOTTO ................................................................... v

PERSEMBAHAN .................................................................. vi

KATA PENGANTAR ................................................................. vii

DAFTAR ISI ................................................................. x

ABSTRAK ................................................................. 1

PENDAHULUAN ................................................................. 1

DASAR TEORI ................................................................. 2

METODE PENELITIAN ................................................................. 5

DATA DAN ANALISIS DATA ................................................................. 7

KESIMPULAN ................................................................ 12

SARAN ................................................................ 12

DAFTAR PUSTAKA ................................................................ 13

LAMPIRAN ............................................................... 14

Page 13: Pembuatan Alat Ukur Massa Jenis menggunakan LVDT dan …repository.uksw.edu/bitstream/123456789/4951/2/T1_192013705_Full... · DAFTAR PUSTAKA ..... 13 LAMPIRAN ..... 14 1 PEMBUATAN

1

PEMBUATAN ALAT UKUR MASSA JENIS MENGGUNAKAN LVDT

DAN SOUNDCARD SEBAGAI ANTARMUKA

Jaclyn J Hambaora1, Made Rai Suci Shanti

1,2,Suryasatriya Trihandaru

1,2

1Program Studi Pendidikan Fisika Fakultas Sains dan Matematika, UKSW

2Program Studi Fisika Fakultas Sains dan Matematika, UKSW

Jln. Diponegoro no.52-60, Salatiga, Indonesia

Abstrak

Massa jenis benda padat biasanya diukur dengan cara mengukur massa, mengukur

volume dan kemudian menghitung hasil bagi massa dengan volumenya. Pengukuran

volume benda padat biasa dilakukan dengan gelas ukur yang presisinya rendah,

sehingga menyebabkan ralat yang besar pada hasil perhitungan massa jenis. Cara

lain adalah dengan mengukur massa benda di udara dan didalam fluida yang telah

diketahui massa jenisnya, kemudian menghitung massa jenis melalui rumus tertentu

yang memanfaatkan hukum Archimedes. Dalam penelitian ini, pengukuran massa

dilakukan dengan sensor pegas yang dihubungkan dengan LVDT yang dibuat sendiri.

Sistem LVDT ini dihubungkan ke komputer melalui kartu suara (sound card). Metode

dan hasil percobaan menunjukkan kesesuaian dengan teori. Ketelitian pengukuran

mencapai 1% untuk massa dan 3% untuk massa jenis.

Kata kunci : massa jenis, hukum Archimedes, LVDT

Pendahuluan

Salah satu sifat materi yang sangat diperlukan dalam berbagai perhitungan

rumus-rumus fisika maupun kimia adalah massa jenis materi, yang didefinisikan

sebagai massa per satuan volume materi [1]. Sebagai contoh, aluminium mempunyai

massa jenis 2,70 g/cm3, timah mempunyai massa jenis 11,3 g/cm

3. Untuk

memperoleh nilai massa jenis biasa dilakukan percobaan sebagai berikut, mula-mula

diukur massa benda kemudian diukur volumenya. Massa jenisnya diperoleh dari

pembagian massa dengan volume benda. Pengukuran massa zat padat atau cair

mudah dilakukan dengan timbangan. Pengukuran volume zat cair mudah dilakukan

Page 14: Pembuatan Alat Ukur Massa Jenis menggunakan LVDT dan …repository.uksw.edu/bitstream/123456789/4951/2/T1_192013705_Full... · DAFTAR PUSTAKA ..... 13 LAMPIRAN ..... 14 1 PEMBUATAN

2

dengan gelas ukur, namun pengukuran cara ini mempunyai ralat besar yang

disebabkan oleh masalah meniskus maupun skala ukur yang terlalu lebar. Volume zat

padat yang bentuknya tidak teratur biasanya dilakukan dengan mengukur volume zat

cair yang dipindahkan oleh zat padat tersebut ketika zat padat itu dimasukkan ke

dalam zat cair. Cara lainnya adalah dengan membandingkan berat benda di luar zat

cair terhadap berat di dalam zat cairyang telah diketahui kerapatannya. Cara ini jauh

lebih teliti dari cara yang pertama, sehingga menjadi latar belakang pemilihan topik

penelitian ini.

Untuk memperoleh hasil ukur kerapatan zat padat, dalam penelitian ini

ditempuh cara sebagai berikut. Pertama-tama dibahas dasar teori yang menghasilkan

perumusan tentang massa jenis yang melibatkan berat benda di luar dan di dalam zat

cair yang diketahui massa jenisnya. Dasar teori ini melibatkan hukum Archimedes.

Setelah itu dibahas metodologi penelitian yang menyertakan sensor-sensor yang

diperlukan untuk pengukuran, yaitusensor LVDT (Linear Variable Differential

Transform) dan juga menggunakan soundcard untuk merekam data yang diperoleh

dari percobaan. Dalam penelitian ini sensor LVDT yang digunakan merupakan hasil

rancangan sendiri. Namun dari hasil percobaan, diperoleh bagian linear yang sempit

sehingga bagian non linear yang monoton naik atau turun dipakai juga dalam

perumusan untuk memperoleh nilai massa jenis.

Dalam penelitian ini, pengukuran hanya dibatasi untuk mengukur massa jenis

zat padat.

DasarTeori

Massa jenis (kg/m3) atau densitas merupakan massa m (kg) suatu benda per

satuan volumenyav(m3) [1]. Jika ditulis dengan persamaan matematika akan

diperoleh

v

m (1)

Page 15: Pembuatan Alat Ukur Massa Jenis menggunakan LVDT dan …repository.uksw.edu/bitstream/123456789/4951/2/T1_192013705_Full... · DAFTAR PUSTAKA ..... 13 LAMPIRAN ..... 14 1 PEMBUATAN

3

Gambar (1). MetodePengukuranBerat Archimedes

Massa jenis tersebut akan diukur dengan memanfaatkan hukum Archimedes

sebagai berikut. Andaikan w1=m1g adalah berat benda yang terukur di udara dengan

timbangan pegas, maka w2=m2g adalah berat benda yang terukur oleh timbangan

pegas saat benda berada dalam fluida. Di sini perlu dipahami bahwa walaupun benda

yang diukur mempunyai jumlah materi yang sama (atau massa yang sama), namun

pembacaan pegas menunjukkan massa yang berbeda oleh karena gaya Archimedes.

Dari Gambar (1) diperoleh persamaan sebagai berikut:

AFgmgm 12 (2)

dengan FA adalah gaya Archimedes yang diperoleh benda dari fluida. Bentuk FA

diberikan oleh

gvF airA (3)

dengan v adalah volume fluida yang dipindahkan oleh benda. Dengan

mengasumsikan bahwa benda tenggelam maka massa benda mempunyai hubungan

vm b1 (4)

Dengan memasukkan Persamaan (3) dan ke dalam Persamaan (2) maka diperoleh

gvgmgm air 12 (5)

Oleh karena benda tenggelam maka v air yang dipindahkan sama dengan v benda,

maka kita bisa memasukkan Persamaan (4) ke dalam Persamaan (5) sehingga

diperoleh

Page 16: Pembuatan Alat Ukur Massa Jenis menggunakan LVDT dan …repository.uksw.edu/bitstream/123456789/4951/2/T1_192013705_Full... · DAFTAR PUSTAKA ..... 13 LAMPIRAN ..... 14 1 PEMBUATAN

4

21

1

mm

mairb

(6)

Benda yang diukur dihubungkan dengan pegas yang tersambung dengan inti

besi di dalam sebuah LVDT. LVDT ini bekerja berdasarkan prinsip fluks magnetik

yang dibangkitkan pada inti besi oleh induksi yang berasal dari kumparan primer.

Fluks medan magnet B terjadi karena adanya arus yang mengalir di kumparan

primer, yaitu arus dari sinyal generator dari komputer (speaker). Oleh karena arus

yang diumpankan ke kumparan primer adalah arus bolak balik (AC) maka muncul

tegangan induksi di kumparan sekunder sebesar

dt

dNV B

(7)

Tanda (-) pada Persamaan (7) menunjukkan arah tegangan elektrik imbas [3] [4], dan

N adalah jumlah lilitan efektif. Disebut jumlah efektif karena kumparan sekunder

terdiri dari dua bagian kumparan yang mempunyai arah lilit berlawanan. Besarnya V

tergantung dari posisi inti besi, karena inti besi mempengaruhi besarnya fluks dan

jumlah lilitan efektif ini.

Dalam penggunaannya, sumber penggerak atau pemicu LVDT yang dirancang

menggunakan gelombang sinus dengan frekuensi berkisar antara 10Hz-20.000Hz,

namun pada penelitian ini digunakan frekuensi tetap sebesar 1000 Hz. Pada suatu

kedudukan setimbang, inti besi yang berada dalam kumparan primer menghasilkan

keluaran sama dengan nol volt. Kedudukan setimbang ini dicari dengan

memposisikan inti besi pada suatu tempat dengan rantai pengatur ketinggian. Pada

kedudukan ini, amplitudo gelombang yang diinduksikan pada kumparan sekunder

pertama dan kumparan sekunder kedua sama besar. Tetapi karena kumparan sekunder

itu dihubungkan seri dengan arah gulungan berlawanan, maka keluaran tegangan

pada kedua kumparan sekunder tersebut berbeda fase 1800, sehingga keluarannya

sama dengan nol volt.

Page 17: Pembuatan Alat Ukur Massa Jenis menggunakan LVDT dan …repository.uksw.edu/bitstream/123456789/4951/2/T1_192013705_Full... · DAFTAR PUSTAKA ..... 13 LAMPIRAN ..... 14 1 PEMBUATAN

5

Jika inti besi digerakkan dari posisi kesetimbangan, tegangan yang

diinduksikan pada satu kumparan sekunder akan naik, dipihak lain tegangan turun

pada kumparan sekunder yang lain. Hal ini menghasilkan perbedaan tegangan

keluaran yang bergantung pada posisi inti besi di dalam kumparan primer tersebut.

Untuk merekam dan mengolah data yang dihasilkan oleh LVDT, digunakan

soundcard. Soundcard adalah perangkat keras komputer yang berfungsi untuk

mengolah data audio atau suara, misalnya merekam suara maupun mengeluarkan

suara. Perangkat ini berbentuk sebuah lempengan PCB.

Metode Penelitian

Dalam penelitian ini, alat dan bahan yang digunakan berupa: pembuatan LVDT

diperlukan kawat tembaga, pipa, inti besi, alat untuk membuat lilitan, pegas, benda

yang akan diukur massa jenisnya, fluida (air), komputer / laptop.

LVDT dibuat dari tiga buah kumparan, yaitu dua buah kumparan sekunder dan

satu kumparan primer (lihat Gambar (2)). Kumparan primer terdiri dari 1500 lilitan

sedangkan kumparan sekunder, masing-masing terdiri dari 1000 lilitan. Kumparan

sekunder yang terdiri dari dua bagian lilitan, dihubungkan secara seri dengan arah

lilitan berlawanan. Untuk membuat kumparan digunakan kawat tembaga dengan

diameter 0,2 mm. Kumparan sekunder berada di bagian dalam kumparan primer.

Inti besi dibuat dengan cara menumpuk beberapa besi menjadi satu. LVDT

yang telah dibuat perlu diuji melalui percobaan untuk mengetahui apakah LVDT

tersebut bagus atau tidak.

Sistem peracangan alat dapat dilihat pada Gambar (2). Lilitan sekunder LVDT

dihubungkan dengan mikrofon yang berfungsi sebagai perekam atau penerima data

yang dihasilkan oleh LVDT, sedangkan lilitan primer dihubungkan dengan speaker

yang digunakan untuk mengumpan fungsi sinyal generator sebagai tegangan pemicu.

Page 18: Pembuatan Alat Ukur Massa Jenis menggunakan LVDT dan …repository.uksw.edu/bitstream/123456789/4951/2/T1_192013705_Full... · DAFTAR PUSTAKA ..... 13 LAMPIRAN ..... 14 1 PEMBUATAN

6

Komponen speaker maupun microphone berada dalam perangkat soundcard pada

komputer atau laptop.

Gambar (2). Model LVDT

Rancangan alat pada Gambar (2) perlu didukung oleh sebuah kerangka seperti

pada Gambar (3). Desain kerangka dibuat sedemikian rupa sehingga mampu menahan

beban sampai 200 gram.

Gambar (3).Rancanganalat terdiri dari 1) rangka utama 2) rantai 3)

LVDT 4) kabel jek mikrofon 5) tempat benda 6) kabel jek speaker

7) pegas

Page 19: Pembuatan Alat Ukur Massa Jenis menggunakan LVDT dan …repository.uksw.edu/bitstream/123456789/4951/2/T1_192013705_Full... · DAFTAR PUSTAKA ..... 13 LAMPIRAN ..... 14 1 PEMBUATAN

7

Konstruksi alat ukur massa jenis (Gambar (3)) terdiri dari 1) rangka yang berfungsi

untuk menahan beban yang akan diuji nantinya, ini terbuat dari pipa plastik untuk

aquarium; 2) rantai yang digunakan untuk mengatur posisi inti besi; 3) LVDT

yang digunakan sebagai sensor posisi; 4) kabel jek mikrofon yang menghubungkan

kumparan sekunder LVDT ke komputer; 5) tempat benda untuk meletakkan benda

yang akan diukur massa jenisnya; 6) kabel jek speaker yang menghubungkan

kumparan sekunder LVDT ke komputer; 7) pegas yang berguna sebagai sensor berat

benda.

Prinsip kerja alat ini adalah sebagai berikut. Pada saat benda diletakkan di

kantong tempat menaruh benda dan kantong berada di udara bebas, pegas akan

tertarik ke bawah sesuai dengan berat benda. Inti besi akan berubah posisinya dari

setimbang awal, sehingga kumparan sekunder merekam tegangan tertentu. Setelah

tegangan RMS (root mean square) dihitung, benda diposisikan berada di dalam air

sehingga pegas akan menunjukkan berat yang lebih ringan karena hukum

Archimedes. Dalam hal ini kumparan sekunder merekam tegangan RMS yang lain.

Tegangan-tegangan ini bisa dihubungkan dengan massa benda melalui teknik

kalibrasi. Setelah massa diperoleh, massa jenis bisa diperoleh melalui Persamaan (6).

Data dan Analisis Data

Pengambilan data dilakukan dengan program matlab. Tetapi sebelum

melakukan pengambilan data, alatnya dikalibrasi terlebih dahulu untuk

mengetahui/memperoleh grafik antara tegangan dan massa benda di udara. Kemudian

menggunakan function generator untuk membangkitkan gelombang sinus, sebagai

pemicu tegangan primer LVDT. Function generator ini sudah terdapat dalam

komputer. Function generator menghasilkan gelombang sinusoida.

Page 20: Pembuatan Alat Ukur Massa Jenis menggunakan LVDT dan …repository.uksw.edu/bitstream/123456789/4951/2/T1_192013705_Full... · DAFTAR PUSTAKA ..... 13 LAMPIRAN ..... 14 1 PEMBUATAN

8

Gambar (4).Function generator

Langkah selanjutnya yaitu, menampilkan getaran yang dihasilkan LVDT

dengan osiloskop ( matlab ) yang terdapat pada komputer/laptop. Osiloskop berfungsi

merekam getaran dari soundcard.

Gambar (5).Osiloskop

Baik function generator maupun osiloskop, harus dijalankan dalam waktu yang

bersamaan, dengan cara :

Ketik ‘daqfcngen’ pada program matlab. Setelah fungsi generator tampil,

pilih gelombang sine, f= 1000 Hz, dan klik ‘start’.

Ketik ‘daqscope’ pada program matlab. Setelah osiloskop tampil, pilih

volts/div = 0.2 kemudian klik ‘play’

Untuk mengukur massa jenis benda, ketik ‘skripsirapatmassa’ kemudian

‘enter’

Page 21: Pembuatan Alat Ukur Massa Jenis menggunakan LVDT dan …repository.uksw.edu/bitstream/123456789/4951/2/T1_192013705_Full... · DAFTAR PUSTAKA ..... 13 LAMPIRAN ..... 14 1 PEMBUATAN

9

Untuk berhenti klik ‘stop’

Pada saat merekam (program dijalankan), osiloskop dalam layar akan

memperlihatkan perubahan skala. Perubahan skala tersebut sebanding dengan

perubahan inti besi di dalam LVDT. Naik-turunnya skala pada osiloskop ini

menunjukkan besar kecilnya amplitudo gelombang yang dihasilkan LVDT.

Data yang telah diperoleh akan direkam menggunakan soundcard, yang

kemudian diolah menggunakan matlab sehingga memperoleh massa jenis benda

tersebut.

Langkah awal dari penelitian adalah melakukan kalibrasi antara tegangan RMS

yang diterima oleh mikrofon soundcard dengan massa. Hasil pengukuran

diperlihatkan pada Tabel (1) dan Gambar (6).

Pada Gambar (6) terlihat respons lengkap LVDT yang dibuat dalam penelitian.

Biasanya dipilih daerah asal (sumbu horisontal, yaitu massa) yang menghasilkan

kurva tegangan linear, misalnya, menurut Gambar (6), daerah massa antara 0 gram

sampai 80 gram. Namun ketika daerah ini dipilih, linearitasnya masih dianggap tidak

memadai, sehingga diperlukan model yang tidak linear. Model yang dipilih adalah

bentuk polinomial sebagai berikut

dcvbvavm 23 (10)

Untuk memperoleh nilai parameter a, b, c dan d digunakan program

pencocokan kurva yang sudah ada di MATLAB, yaitu dengan perintah

P=polyfit(v,m,3), dengan v adalah data tegangan, m data massa beban dan angka 3

menunjukkan orde fungsi polinomial Persamaan (10). Nilai a, b, c dan d tersimpan di

P, yaitu a=P(1), b=P(2), c=P(3), d=P(4). Hasil diperlihatkan pada Tabel (1).

Page 22: Pembuatan Alat Ukur Massa Jenis menggunakan LVDT dan …repository.uksw.edu/bitstream/123456789/4951/2/T1_192013705_Full... · DAFTAR PUSTAKA ..... 13 LAMPIRAN ..... 14 1 PEMBUATAN

10

Tabel (1). Data dan hasil kalibrasi

m (gram) v×10-5 (volt) Nilai Parameter

0 0,3468 a 53057651216128

10,11 1,37075 b -10830755119.0208

20,22 3,49755 c 1008973.51751185

30,39 6,25369 d -2.97057525002491

40,53 9,11078

50,36 11,36142

60,53 13,06964

70,67 14,13042

80,81 14,54684

Dengan hasil kalibrasi ini, alat telah siap untuk dipakai sebagai alat ukur

kerapatan massa. Contoh perhitungannya adalah jika sebuah benda diukur massanya

di luar dan di dalam air sehingga diperoleh data tegangan v1=10,923x10-5

volt (di

udara) dan v2=8,551x10-5

volt (di dalam air), maka massa benda pada situasi tersebut

masing-masing adalah 48,9394 1 m dan 39,35292 m . Oleh karena kerapatan air

adalah 1.0 g/ml maka kerapatan benda adalah

105,53529,399394,48

9394,480.1

g/ml

Page 23: Pembuatan Alat Ukur Massa Jenis menggunakan LVDT dan …repository.uksw.edu/bitstream/123456789/4951/2/T1_192013705_Full... · DAFTAR PUSTAKA ..... 13 LAMPIRAN ..... 14 1 PEMBUATAN

11

Gambar (6). Hasil pengukuran massa dan kerapatan benda

Untuk sebuah sampel benda dilakukan percobaan berkali-kali dan diperoleh ketelitian

relatif (yaitu simpangan baku dibagi nilai rerata) sebesar 1% untuk massa dan 3%

untuk massa jenis. Jadi pada contoh ini diperoleh hasil ukur dan simpangan baku

sebagai berikut: 0,548,9 1 m gram dan 0,439,42 m gram, serta 15,011,5

gram/ml.

Untuk mendapatkan perbandingan hasil ukur dengan metoda klasik, yaitu

pengukuran massa diikuti pengukuran volume dan massa jenis dihitung dari hasil

baginya, maka dilakukan uji coba pengukuran dua sampel benda yang bentuknya

tidak teratur, yaitu batu dan besi. Hasilnya dapat dilihat pada Tabel (2), dan

ditunjukkan bahwa hasil dari metoda penelitian ini lebih teliti dibandingkan metoda

klasik.

2 4 6 8 10 12 14

x 10-5

0

20

40

60

80

V (volt)

m (

gra

m)

Rho benda = 5.105gram/ml

data kalibrasi

fit

massa diluar

massa di dalam

Page 24: Pembuatan Alat Ukur Massa Jenis menggunakan LVDT dan …repository.uksw.edu/bitstream/123456789/4951/2/T1_192013705_Full... · DAFTAR PUSTAKA ..... 13 LAMPIRAN ..... 14 1 PEMBUATAN

12

Tabel (2) Perbandingan hasil ukur dua metoda

Sampel Diukur dengan alat

dalam penelitian ini

Diukur dengan timbangan

digital dan gelas ukur

Batu m1=34,3±0,3 g

m2=21,3±0,2 g

ρ=2,64±0,08 g/ml

m1=34,13 g

v=13±1 ml

ρ=2,6±0,2 g/ml

Besi m1=48,9±0,5 g

m2=39,4±0,4 g

ρ=5,11±0,15 g/ml

m1=50,35 g

v=9±1 ml

ρ=5,6±0,6 g/ml

Kesimpulan

Penggunaan alat ukur massa jenis ini lebih praktis dibandingkan mengukur

massa jenis dengan cara manual. Hasil yang diperolehpun lebih teliti. Pada

pengukuran pertama, massa batu yang diukur dengan menggunakan alat penelitian

adalah 34,3 gram dan massa jenisnya 2,64 g/ml. Sedangkan dengan menggunakan

pengukuran biasa, massa batu adalah 34,13 gram dan massa jenisnya 2,6 g/ml. Pada

pengukuran kedua yaitu pengukuran besi. Dengan menggunakan alat peneltitian,

massa besi 48,9394 gram dan massa jenisnya 5,11 g/ml. Sedangkan dengan

pengukuran biasa, massa besi 50,35 gram dan massa jenisnya 5,6 g/ml. Oleh karena

itu ketelitian pengukuran massa 1% dan ketelitian pengukuran massa jenis 3%.

Saran

Alat ini hanya dapat digunakan untuk pengukuran beban atau materi yang

memiliki massa 0 gram sampai 80 gram.

Page 25: Pembuatan Alat Ukur Massa Jenis menggunakan LVDT dan …repository.uksw.edu/bitstream/123456789/4951/2/T1_192013705_Full... · DAFTAR PUSTAKA ..... 13 LAMPIRAN ..... 14 1 PEMBUATAN

13

Daftar Pustaka

[1] Halliday, D. dan Resnick, R. (1984). Fisika Jilid I. Terjemahan P. Silaban dan E .

Sucipto. Jakarta: Erlangga.

[2] Hughes, Stephen William (2006). Measuring liquid density using Archimedes'

principle. Physics Education, 41(5). pp. 445-447.

[3] Halliday, D. dan Resnick, R. (1984). Fisika Jilid II. Terjemahan P. Silaban dan E .

Sucipto. Jakarta: Erlangga.

[4] Fraden, Jacob. (2003). Handbook of modern sensors : physics, designs, and

applications .–3rd ed.

Page 26: Pembuatan Alat Ukur Massa Jenis menggunakan LVDT dan …repository.uksw.edu/bitstream/123456789/4951/2/T1_192013705_Full... · DAFTAR PUSTAKA ..... 13 LAMPIRAN ..... 14 1 PEMBUATAN

14

Page 27: Pembuatan Alat Ukur Massa Jenis menggunakan LVDT dan …repository.uksw.edu/bitstream/123456789/4951/2/T1_192013705_Full... · DAFTAR PUSTAKA ..... 13 LAMPIRAN ..... 14 1 PEMBUATAN

15

Program Matlab

rhoair=1; % gr/ml

%% Buatlah data kalibrasi, pakailah yang naik monoton

%% atau turun monoton. Dari data terakhir, yang naik secara monoton

adalah:

%% ini data KALIBRASI: (ubah jika setting alat berubah)

%% [massa(gram) tegangan(volt)]

KALIBRASI=[

10.1 0.016437

20.29 0.05059

30.44 0.092993

40.58 0.13889

50.39 0.18118

60.52 0.21456

70.69 0.23863

80.81 0.24997];

KALIBRASI=[ 0 3.46800046570077e-006

10.11 1.37075487650188e-005

20.22 3.49755684902543e-005

30.39 6.25369080282698e-005

40.53 9.11078633149588e-005

50.36 0.000113614260895842

Page 28: Pembuatan Alat Ukur Massa Jenis menggunakan LVDT dan …repository.uksw.edu/bitstream/123456789/4951/2/T1_192013705_Full... · DAFTAR PUSTAKA ..... 13 LAMPIRAN ..... 14 1 PEMBUATAN

16

60.53 0.000130696408186197

70.67 0.000141304249216249

80.81 0.000145468404478853];

% Fitting dengan polynomial

N=3; % ubah ini kalau gambar kurang bagus

P=polyfit(KALIBRASI(:,2), KALIBRASI(:,1),N);

% Hitung massa dari tegangan:

V=[linspace(KALIBRASI(1,2),KALIBRASI(end,2),100)]';

M=polyval(P,V);

disp('1. Timbanglah benda di udara')

k=input('Jika siap tekan enter');

[y, Fs] = daqrecord('winsound', 0, 4, 44100, 1);

Vrms1=sqrt(sum(y.^2))/length(y);

disp('2. Timbanglah benda di air')

k=input('Jika siap tekan enter');

[y, Fs] = daqrecord('winsound', 0, 4, 44100, 1);

Vrms2=sqrt(sum(y.^2))/length(y);

m1=polyval(P,Vrms1);

m2=polyval(P,Vrms2);

Page 29: Pembuatan Alat Ukur Massa Jenis menggunakan LVDT dan …repository.uksw.edu/bitstream/123456789/4951/2/T1_192013705_Full... · DAFTAR PUSTAKA ..... 13 LAMPIRAN ..... 14 1 PEMBUATAN

17

rho=rhoair*m1/(m1-m2);

disp(['Massa di luar air = ' num2str(m1) ' gram'])

disp(['Massa di dalam air = ' num2str(m2) ' gram'])

disp(['Rho benda = ' num2str(rho) 'gram/ml'])

figure(1)

pp=plot(KALIBRASI(:,2),

KALIBRASI(:,1),'*k',V,M,'k',Vrms1,m1,'ok',Vrms2,m2,'dk');

legend('data kalibrasi','fit','massa diluar','massa di

dalam','location','NorthWest' )

axis tight

title(['Rho benda = ' num2str(rho) 'gram/ml'])

xlabel('V (volt)')

ylabel('m (gram)')

set(gca,'fontsize',18)

Page 30: Pembuatan Alat Ukur Massa Jenis menggunakan LVDT dan …repository.uksw.edu/bitstream/123456789/4951/2/T1_192013705_Full... · DAFTAR PUSTAKA ..... 13 LAMPIRAN ..... 14 1 PEMBUATAN

18

Alat yang digunakan untuk mengukur massa jenis

Gambar LVDT

Page 31: Pembuatan Alat Ukur Massa Jenis menggunakan LVDT dan …repository.uksw.edu/bitstream/123456789/4951/2/T1_192013705_Full... · DAFTAR PUSTAKA ..... 13 LAMPIRAN ..... 14 1 PEMBUATAN

19

Pengukuran benda di udara

Pengukuran benda di dalam air