III. METODOLOGI PENELITIAN A. Waktu dan Tempat Penelitian

III. METODOLOGI PENELITIAN
A. Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian alat pengukur kapasitansi berbasis phase-sensitive demodulation
(PSD) ini akan dilakukan mulai bulan Januar 2015 sampai selesai bertempat di
Laboratorium Terpadu Teknik Elektro.
B. Alat dan Bahan Penelitian
1. Alat
Alat yang dibutuhkan untuk melakukan simulasi dan percobaan :
a. Satu buah komputer terinstal OrCAD Cadence, Matlab dan Arduino.
b. Satu buah Osiloskop.
c. Satu buah project board.
d. Multimeter.
e. Solder, Penyedot dan timah.
f. Alat kerja mekanik (tang potong pinset dan lain-lain)
2. Bahan
Bahan yang dibutuhkan untuk melakukan percobaan :
a. Arduino Uno R3
b. Dua buah IC AD827.
c. Satu buah IC AD633.
34
d. Satu buah IC AD817.
e. Kapasitor 22pF, 1pF, 2pF, 4pF, 7pF, 3,9nF, 1uF dan 100pF masingmasing satu buah. Dua buah 220pF. Delapan buah kapasitor 100nF.
f. Resistor 500Ω, 2kΩ dan 22kΩ masing-masing satu buah. Tiga buah
1kΩ.
g. Dua buah resistor Variabel 1kΩ dan satu buah 500Ω.
h. PCB
i. Kabel Coaxial.
j. Tiga pasang Connector Coaxial.
k. Kabel Penghubung secukupnya.
C. Langkah Kerja Penelitian
Sesuai diagram blok penelitian pada gambar 3.1 langkah kerja penelitian akan
dilakukan dalam lima tahapan utama:
1. Simulasi.
2. Analisis Hasil Simulasi.
3. Eksperimen.
4. Perbandingan Simulasi dan Eksperimen.
5. Uji Coba Alat dengan Sensor ECVT 8 Elektrode.
35
Mulai
Persiapan:
Literatur, Software
simulasi, Komponen
Eksperimen
Tidak
Simulasi DDS
Ad9850
Simulasi CVConverter+inverting
1
2
3
Sukses
Eksperimen LowPass Filter (LPF)
Pengambilan Data
Hasil Uji Coba
Eksperimen
Perbaikan sudut
dengan All-Pass
Filter
Pembuatan
Laporan
Sukses
Selesai
Ya
Pengambilan Data
10fF - 15pF
kenaikan 10fF
Pengolahan Data:
Daerah Kerja,
Kelinieran,
Sensitivitas, MAE Tidak
Ya
Pengambilan Data
1pF - 15pF
kenaikan 1pF
Simulasi Analog
Multiplier
Eksperimen DDS
AD9850
Simulasi Low-Pass
Filter
Eksperimen CVConverter+inverting
Perbandingan
Simulasi dan
Eksperimen
Simulasi perbaikan
sudut dengan AllPass Filter
Eksperimen Analog
Multiplier
Uji Coba Alat Pada
Sensor ECVT
1
2
3
Gambar 3.1. Diagram blok penelitian.
1.
Simulasi
OrCAD Cadence dipilih sebagai software simulasi untuk perancangan alat
pengukur kapasitansi berbasis PSD. OrCAD Cadence memiliki banyak
kelengkapan untuk melakukan perancangan perangkat elektronika. Capture
dan PSpice yang akan digunakan salah satunya. Hasil yang diperoleh pun
sangat mendekati nilai asli. Dapat juga sisimulasikan berdasarkan kondisi
termal. Langkah dalam melakukan simulasi adalah sebagai berikut:
36
1. Membuka bagian aplikasi Capture pada OrCAD Cadence. Tampilan
pertamanya akan seperti pada gambar 3.2. Atau jika pertama kali
menggunakan akan ada tampilan start awal.
Gambar 3.2. Tampilan Awal OrCAD Capture.
2. Selanjutnya tekan Ctrl+N atau file new project, atau klik tombol net di
pojok kiri atas. Selanjutnya tahapan pembuatan project. Akan ada kotak
dialog kecil seperti gambar 3.3.
Gambar 3.3. Pembuatan Project Langkah 1.
37
Pada bagian ini masukan nama project. Pada pilihan New Project dipilih
Analog or Mixed A/D. Dan pilih lokasi penyimpanan project yang
digunakan. Dan klik Ok jika sudah selesai. Tampilan selanjutnya
seperti gambar 3.4 project yang digunakan adalah project kosong. Maka
pilih “Create a bank project”. Dan Ok.
Gambar 3.4. Pembuatan Project Langkah 2.
Layar tampilan project telah siap digunakan seperti diperlihatkan
gambar 3.5. Maximize windows project agar leluasa digunakan.
Gambar 3.5. Tampilan Project jika berhasil dibuat.
38
3. Selanjutnya adalah bagian simulasi, untuk dapat melakukan simulasi
diperlukan untuk membuat rangkaian. Komponen yang dibutuhkan
untuk membuat rangkaian ada pada bagian “Place Part. Tolbar sebelah
kanan bagian paling kiri atas. Atau pada Menu Bar pilih “Place”, dan
pilih “Part”. Atau menekan tombol “P”. Seperti pada gambar 3.6.
Gambar 3.6. Memilih komponen dan memilih Library.
Untuk memperoleh komponen yang dibutuhkan, perlu untuk mengambil
library yang sesuai. Library yang dibutuhkan adalah “Source”,
“Analog_Dev” dan “Analog”.
4. Untuk menjalankan rangkaian dibutuhkan dua sumber tegangan. Satu
Positif dan satu Negatif. Ambil “vdc” dari library “Source” 2 buah.
39
Gambar 3.7. Sumber Tegangan.
Cara membuat rangkaian buat sebagai berikut. Untuk memutar posisi
komponen klik kanan pada komponen dan pilih miror atau rotate. Untuk
menyambungkan rangkaian pilih wire, atau menekan tombol W. Dan
berikan Ground dengan menekan pada tollbar Ground atau tekan tombol
G, pilih Ground 0. Tambahkan Vcc_Bar di atas Vdc dengan mengambil
pada tollbar Vcc atau dengan menekan tombol G. Ganti nama Vcc_Bar
dengan +12 dan -12. Selanjutnya mengganti nilai Vdc dengan double
klik komponen dan ganti nilai masing-masing sumber V1 dan V2
dengan 12Vdc. Hasilnya diperlihatkan gambar 3.8.
Gambar 3.8. Hasil Rangkaian Sumber.
Bagian tadi merupakan dasar dari pembuatan sebuah rangkaian. Yaitu
memilih
komponen,
mengatur
letak
dan
posisi
komponen,
menyambungkan komponen, mengganti nilai dan nama komponen.
Untuk selanjutnya tidak akan jauh dari apa yang dilakukan yang berbeda
adalah komponen yang digunakan.
40
5. Selanjutnya pembuatan rangkaian pembangkit gelombang sinus yang
sebanding dengan Direct Digital Synthesis (DDS) AD9850. Keluaran
dari DDS adalah 1Vpp berbentuk DC. Gelombang sinus bisa dihasilkan
dengan menggunakan Vsin pada library source. Nilai dari Vsin tersebut
diatur sesuai gambar 3.9. Amplitudo gelombang “VAMPL” diatur
sebesar 500mV dengan tegangan ofset DC “VOFF” 500mV frekuensi
“FREQ” 500kHz dan AC 0.
Gambar 3.9. Sumber Sinus sebanding dengan DDS AD9850
Untuk memastikan keluaran sumber sesuai. Pilih New simulation pada
menu bar PSpice “New Simulation Profil”, atau menekan tombol
.
Tampilan dialog pembuatan simulasi pun akan keluar. Pilih nama yang
diinginkan, dan tekan Create.
Gambar 3.10. Pembuatan Profil Simulasi.
Gambar 3.11 adalah tampilan profil simulasi yang digunakan. Simulasi
akan dilakukan selama 50μS jadi pada bian Run to time dibuat 50us.
41
Gambar 3.11. Pengaturan Profil Simulasi.
Dengan menekan tombol rum PSpice
atau menekan F11. Aplikasi
PSpice pun akan berjalan dan melakukan simulasi sesuai rangkaian yang
ada pada Capture.
Gambar 3.12. Tampilan
42
PSpice dapat diatur tampilannya jika tidak sesuai dengan keinginan. Pada
menu bar Tools pilih option. Pada Color Setting dapat diatur sesuai
kebutuhan.
Gambar 3.13 Pengaturan tampilan PSpice.
Untuk melihat hasil simulasi dapat menggunakan Add Trace pada Pspice
. Atau pada Capture menggunakan Probe
. Jika
menggunakan Add Trace perlu untuk memilih mana yang akan
ditampilkan. Dengan kotak dialog gambar 3.14. Jika menggunakan probe.
Pilih probe yang dibutuhkan, tegangan atau arus atau daya dan letakkan
di tempat yang dibutuhkan.
Dari keluaran sumber tegangan yang sebanding dengan DDS AD9850
haruslah didapatkan gelombang sinus DC dengan besar amplitudo
tegangan 500mV dan Offset DC 500mV dan frekuensi 500kHz.
43
Gambar 3.14. Dialog Add Trace.
6. Setelah mendapatkan gelombang yang sebanding dengan DDS AD9850.
Selanjutnya untuk merangkai rangkak High-Pass Filter (HPF).
Rangkaian HPF yang paling sederhana bisa didapatkan dengan dengan
rangkaian Sallen-Key (SK) dengan pendekatan Butterworth satu stage
orde ke dua sesuai dengan tinjauan pustaka. Yang diperlukan adalah.
Satu IC AD817 dua kapasitor dan dua resistor.
Gambar 3.15. Rangkaian yang dibutuhkan untuk HPF.
44
Seperti pembuatan sumber tegangan pada langkah ke 4. Lakukan hal
yang sama agar komponen pada gambar 3.15 akan seperti gambar 3.16.
Gambar 3.16. Komponen HPF yang telah selesai dirangkai.
Hubungkan rangkaian HPF dengan sumber tegangan DDS. Dan beri
probe pada keluaran HPF. Tekan F11 untuk melihat hasil simulasi. Hasil
simulasi haruslah memperlihatkan ofset DC 500mV menghilang. Dan
tersisa gelombang sinus amplitudo 500mV frekuensi 500kHz
7. Gelombang yang dibutuhkan untuk rangkaian adalah gelombang sinus
dengan amplitudo 10Vp dengan frekuensi 500kHz. Nilai keluaran dari
HPF adalah amplitudo kurang dari 500mV. Rangkaian selanjutnya yang
dibutuhkan adalah penguat tanpa pembalik (Non-inverting Amplifier).
Untuk membuat rangkaian tersebut dibutuhkan 1 buah AD817, dan 2
buah resistor.
Seperti langkah sebelumnya rangkai komponen dan sambungkan
dengan keluaran HPF seperti gambar 3.18.
45
Gambar 3.17. Komponen untuk membuat penguat tanpa pembalik.
Gambar 3.18. Penguat Tanpa Pembalik.
Untuk mendapatkan gelombang yang diinginkan berupa gelombang
sinus 20Vpp. Perlu untuk mengatur besarnya R4. Secara teori
diperlukan R4 sebesar 2kΩ untuk mendapatkan 21 kali penguatan.
Tetapi perlu dicoba berulang kali mengganti nilai R4 agar didapatkan
20Vpp.
Sebagai catatan, penguat yang dibutuhkan sebenarnya dapat digunakan
langsung pada HPF. HPF sendiri dapat digunakan sekaligus penguat.
Tetapi untuk menjaga kestabilan, penguat dijadikan terpisah.
8. DDS ini akan lebih mudah dan stabil jika langsung dibuat sumber
tegangan AC 20Vpp seperti yang diperlihatkan pada gambar 3.19.
46
Gambar 3.19. DDS yang telah disederhanakan.
9.
Setelah mendapatkan gelombang sinus dengan amplitudo 10Vp.
Selanjutnya
merancang
CV-Converter.
Rangkaian
tersebut
membutuhkan AD817 Dari library “Analog_Dev” ditambah 4 buah
kapasitor dan 1 buah resistor. Dan jangan lupa tambahkan ground.
Gambar 3.20 memperlihatkan kebutuhan komponen tersebut.
Atur rangkaian dengan cara seperti langkah sebelumnya sehingga
menjadi rangkaian pada gambar 3.21.
Gambar 3.20. Komponen yang dibutuhakan untuk membuat CVConverter.
Setelah itu ambil data hasil simulasi menggunakan F11. Amplitudo nilai
AC 10Vp akan berubah menyesuaikan nilai Cx yang terpasang.
47
Gambar 3.21. Rangkaian CV-Converter
10. Simulasi selanjutnya adalah penguat pembalik. CV-Converter yang
menyebabkan perubahan sudut gelombang menjadi 180o maka
diperlukan pembalik agar sudut gelombang menjadi 0o. Langkah yang
dilakukan persis seperti langkah 7 gambar 3.18. Dengan 1 buah AD817
dan 2 buah resistor. Dirangkai menghasilkan gambar 3.21.
Gambar 3.22. Penguat Pembalik (Inverting Amplifier).
11. Langkah Selanjutnya adalah membuat rangkaian All-Pass filter atau
phase shifter. Rangkaian ini yang akan memperbaiki eror pergeseran
sudut yang diakibatkan oleh CV-Converter. 1 buah IC AD817, 3 buah
resistor dan 1 buah kapasitor yang dibutuhkan untuk membuat rangkaian
tersebut sesuai gambar 3.23.
48
Gambar 3.23. Komponen untuk membuat All-Pass filter.
Seperti langkah sebelumnya rangkai komponen pada gambar 3.24 sesuai
tinjauan pustaka. Melakukan pengaturan terhadap R11 untuk
mendapatkan pergeseran sudut yang diinginkan.
Gambar 3.24. Rangkaian All-Pass filter.
12. Bagian terpenting dari Phase-sensitive Demodulation (PSD) yaitu
bagian analog multiplier. Perkalian sinyal analog akan dibantu IC
AD633 dari library “Analog_Dev” yang dibutuhkan hanya IC tersebut
dan Vcc_Bar. Dan dirangkai sesuai gambar 3.23.
49
Gambar 3.25. Rangkaian Analog Multiplier.
X1 akan dihubungkan ke keluaran Inverting Amplifier langkah ke 9. Dan
Y1 akan dihubungkan ke keluaran Non-Inverting Amplifier langkah ke
7 tetapi sebelumnya di bagian ini akan ditambahkan All-Pass filter untuk
memperbaiki pergeseran sudut yang terjadi. Setelah itu hasil simulasi
dapat diamati dengan menekan F11.
13. Langkah Terakhir adalah membuat rangkaian Low-pass Filter (LPF)
komponen yang dibutuhkan sama seperti gambar 3.15, disusun sesuai
dengan tinjauan pustaka.
Gambar 3.26 Rangkaian Low Pass Filter.
Setelah dirangkai hasil keseluruhan dapat dilihat pada lampiran 1.
50
2.
Pengambilan Data dan Analisis Hasil Simulasi
Setelah berhasil mendapatkan nilai DC dari keluaran LPF. Selanjutnya
mengambil data nilai kapasitansi Cx dari 10fF hingga 15pF dengan kenaikan
10fF Di masukan ke dalam tabel 3, berupa nilai Cx yang terpasang, nilai Vo
hasil LPF dan nilai Cx’ hasil perhitungan sesuai tinjauan pustaka terhadap Vo.
Pengambilan data dilakukan menggunakan PSpice pada menu bar “file” pilih
export, dan pilih text file. Buka hasil export lakukan pengolahan data dengan
dibantu perangkat lunak Excel.
Tabel 3. Data Hasil Pengukuran Cx 10fF Hingga 15pF
No.
1
2
3
5
Cx (fF)
10
20
30
--15000
Vo (mV)
Cx' (fF)
ΔV (mV)
ΔCx (fF)
E (%)
Dari pengambilan data tabel 3 akan dilakukan beberapa analisis sebagai
berikut:
a. Daerah kerja
Pengambilan data untuk daerah kerja akan disimulasikan dengan
kapasitansi Cx sebesar 10fF hingga 15pF dengan kenaikan 10fF yaitu tabel
3. Dari hasil tersebut lihat pada bagian mana nilai kapasitansi masih dapat
terukur dan tidak dapat terukur, dan dapat diambil kesimpulan rentang
daerah kerja rangkaian pengukur kapasitansi berbasis PSD ini.
b. Garis Kelinieran
Setelah diketahui daerah kerja dari rangkaian tersebut akan dialkukan
analisis kelinieran dari kapasitansi Cx yang seharusnya terpasang terhadap
51
Vo yang didapatkan. Maka fungsi garis kelinieran f(x) pun akan didapatkan
dengan metode regresi.
c. Resolusi
Masih menggunakan data pengukuran tabel 3 dihitung berapa resolusi
rangkaian dengan cara, mengambil nilai rata-rata dari tegangan keluaran
pada setiap perubahan 10fF. Nilai resolusi yang didapatkan akan bernilai
mV/fF.
d. Mean Absolute Error (MAE)
Pengambilan data MAE akan dibantu software matlab. Dari data tabel 3.
Sesuai tinjauan pustaka didapatkan nilai Cx’. Cx’ merupakan Cx hasil
perhitungan yang didapatkan dari keluaran tahap keempat (LPF). Nilai Cx’
perhitungan ini akan dibandingkan dengan Cx yang seharusnya terpasang
nilai perbandingan ini disebut nilai eror perhitungan. Nilai error tersebut
akan digunakan pada matlab dengan fungsi mae(“data eror”).
e. Kondisi Termal.
Pengambilan data selanjutnya adalah mengetahui batas kondisi termal.
Pada suhu berapakah batas kemauan dari rangkaian pengukur kapasitansi
berbasis PSD ini. Data akan diambil menggunakan PSpice dengan bantuan
Temperatur (sweep). Analisis ini penting mengingat rangkaian Pengukur
kapasitansi menggunakan Peak detektor lemah dalam suhu. Semakin suhu
rangkak tinggi. Maka data semakin tidak akurat.
Pengambilan data akan dilakukan dari suhu -25oC hingga suhu 125oC
dengan kenaikan suhu 5oC. Dan data dapat disimpan pada tabel 4.
52
Tabel 4. Data Kondisi Termal Rangkaian PSD
Suhu (oC)
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
--125
Rata-Rata
Vo (V)
3. Eksperimen
Perancangan alat yang akan dilakukan diperlihatkan gambar 3.27. terdiri
Direct Digital Synthesis (DDS), High-pass Filter (HPF)+penguat, CV
Converter, Penguat pembalik, Analog Multipier, Low-pass Filter (LPF)
dan All-Pass filter.
Gambar 3.27. Diagram Blok Perancangan Alat.
1. Power Supply
Rangkaian keseluruhan memerlukan tegangan 12V DC, dan 5V DC
untuk Arduino Uno R3. Untuk melakukan perancangan dibutuhkan
Transformator penurun tegangan 220V AC menjadi 15V. Kemudian
menggunakan full wave rectifier agar gelombang menjadi searah dan
dipertahankan nilai DC dengan bantuan IC 7815 dan 7915 untuk
53
mempertahankan nilai DC 15V dan -15V. IC 7805 dan 7905 akan
digunakan untuk kebutuhan Arduino.
2. Direct Digital Systhesis (DDS)
Gambar 3.27. DDS AD9850
Direct Digital Synthesis atau DDS adalah sebuah komponen yang
mampu melakukan sintesis gelombang kotak dan atau gelombang sinus
dengan frekuensi dan phase sesuai yang diinginkan. DDS akan bekerja
dengan cara mengatur bit pada pin frekuensi dan phase. DDS yang akan
digunakan adalah AD9850 yang telah dalam bentuk modul siap pakai
seperti pada gambar 3.28. Dalam perancangan ini pengaturan bit akan
dibantu oleh Arduino Uno R3. Sinyal yang akan digunakan adalah
frekuensi 500kHz, 20Vpp.
Modul AD9850 memiliki 20 kaki, hanya 7 kaki yang akan digunakan 2
kaki Vcc 5V, 1 kaki ground, 4 sisanya adalah FQ_UD, W_CLK,
DATA dan RESET.
54
W_CLK akan dihubungkan dengan pin 8, FD_UD akan dihubungkan
dengan pin 9, DATA akan dihubungkan dengan pin10, dan RESET
akan dihubungkan dengan pin 11 pada Arduino Uno R3
Setelah Arduino diprogram sesuai program yang tersedia pada lampiran
2. Keluaran akan memiliki frekuensi 500kHz dan Amplitudo 500mV,
dan ofset DC 500mV.
Selanjutnya untuk menghilangkan nilai ofset DC dan menjadikan
amplitudo 10Vp. Maka dilakukan perancangan High-pass Filter (HPF)
dan penguat. Sesuai dengan gambar 3.16 dan 3.187 Untuk eksperimen
akan digunakan AD827. Yaitu dua buah AD817 dalam satu IC
Gambar 3.28 Susunan Pin pada AD827.
Komponen yang dibutuhkan untuk merancang HPF adalah 2 buah
kapasitor 220pF, dan 2 buah resistor masing-masing sebesar 1kΩ dan
2kΩ. Untuk penguat digunakan 1 buah resistor 100Ω untuk R3 dan 1
buah resistor variabel 5kΩ untuk R4.
3. CV-Converter dan Inverting Amplifier
Rangkaian CV-Converter dan Inverting Amplifier juga akan disatukan
dalam satu 1 IC AD827 seperti pada HPF dan penguat sebelumnya.
55
Rangkaian yang diperlihatkan oleh gambar 3.20 merupakan rangkaian
tahap pertama CV-Converter yang akan dibangun. Bagian Cx akan
dibuat kosong atau port untuk melakukan pengukuran kapasitor 1pF15pF dan sensor ECVT. Sedangkan Cf dan Rf yang digunakan bernilai
Cf=22pF dan Rf = 22kΩ.
Rangkaian yang diperlihatkan oleh gambar 3.21 akan menggunakan
resistor R5 sebesar 1kΩ, dan R5 sebesar 1kΩ. Faktor penguatan (Av)
akan bernilai sebesar 1x atau disebut Unity Gain. Dan mendapatkan
sinyal yang inverting dari sinyal CV-Converter. Phase yang berubah
180o akibat CV-Converter akan berbalik kembali Menai 0o.
4. All-Pass filter (Phase Shifter)
Rangkaian penggeser phase ini berfungsi untuk memperbaiki eror
phase yang diakibatkan oleh CV-Converter. Rangkaian ini akan
menggunakan IC AD817 seperti pada gambar 3.30. dengan tambahan
2 resistor 1kΩ, 1 resistor variabel 200kΩ dan satu kapasitor 1uF, yang
akan disusun sesuai gambar 3.25.
5. Analog Multiplier
Gambar 3.29. Susunan Pin AD633
56
Tahap ketiga adalah sinyal yang telah dilakukan inverting akan
dikalikan dengan sinyal asal. Perkalian sinyal analog ini akan dilakukan
oleh IC AD633. Perancangan Analog Multiplier tidak memerlukan
komponen lain. Hanya menyambungkan X1 ke keluaran inverting
amplifier, menyambungkan Y1 ke All-Pass filter, dan X2, Y2, Z akan
masuk ke ground.
6. Low-pass Filter (LPF)
Gambar 3.30. Susunan Pin AD817
Rangkaian ini merupakan rangkaian tahap terakhir. Sesuai gambar 3.23,
Low-pass Filter (LPF) akan dirancang menggunakan IC AD817 sesuai
gambar 3.30. Rangkaian ini membutuhkan 2 buah resistor 220Ω dan
4,2kΩ, dan Kapasitor 1nF dan 2nF.
4.
Pengambilan Data Eksperimen 1pF sampai 15pF Kenaikan 1pF
Pengambilan data eksperimen dibagi menjadi dua. Pertama pengambilan
data bentuk gelombang dari setiap tahapan sistem PSD dengan bantuan
osiloskop. Kedua pengambilan data menggunakan kapasitor 1pF hingga
15pF dengan kenaikan 1pF yang dimaukan ke dalam tabel 5.
57
Tabel 5. Data Hasil Eksperimen 1pF hingga 15pF kenaikan 1pF
No.
Cx (pF)
1
2
3
1
2
3
15
--15
Vo (V)
Kosong (V)
Vo’ (V)
Cx' (pF)
ΔCx (pF)
E%
Rata-rata
5.
Perbandingan Data Simulasi dan Eksperimen
Perbandingan data hasil simulasi dan eksperimen akan dibagi menjadi dua
bagian. Pertama membandingkan bentuk gelombang dari setiap tahapan
sistem pada nilai kapasitansi 1pF. Bagian kedua membandingkan nilai Cx’
hasil simulasi dan Cx’ hasil Eksperimen dengan data 1pF sampai 15pF
dengan kenaikan 1pF yang dimasukkan ke dalam tabel 6.
Tabel 6. Perbandingan Cx’ hasil Simulasi dan Eksperimen
No.
1
2
3
15
Cx
(pF)
Simulasi
Vo
(V)
Cx'
(pF)
Eksperimen
V'
(V)
Cx'
(pF)
Eror Simulasi
Δ Cx' (pF)
%
Eror
Eksperimen
Δ Cx' (pF)
%
1
2
3
--15
6. Uji Coba Alat dengan Sensor ECVT 8 Elektrode
Setelah alat berhasil dirancang dan dapat digunakan. Langkah selanjutnya
adalah pengambilan data eksperimen menggunakan Sensor ECVT. Teknik
pengambilan data yang akan dilakukan adalah menentukan bahan dielektrik,
dan mengambil nilai kapasitansi dari setiap pasangan elektrode. Algoritma
pengukurannya sebagai berikut:
58
1. Tentukan bahan dielektrik dan masukan pada sensor.
2. Mengukur pasangan elektrode pertama. Lanjutkan pengukuran ke
pasangan elektrode selanjutnya. Jika tidak ada pasangan elektrode yang
lain lanjutkan tahap tiga.
3. Mengganti bahan dielektrik pada sensor dan kembali ke tahap dua. Jika
bahan dielektrik sudah semua, maka berhenti.
Bahan dielektrik yang akan digunakan ada 3 jenis yaitu udara, air, dan
limbah minyak kelapa sawit.
Data akan dimasukkan ke dalam tabel 7.
Tabel 7. Tabel Isian Untuk Eksperimen menggunakan Sensor ECVT
No.
1
2
3
4
Pasangan
Elektrode
Kategori
Vmax
(V)
Vmin
(V)
Vavg
(V)
Cx'
max
(F)
Cx'
min
(F)
Seberang
Samping
Diagonal
Atas
D. Kategori Pembagian Sensor ECVT 8 Elektrode
Gambar 3.31. Kategori Pembagian Sensor ECVT 8 Elektrode
Cx'
avg
(F)
59
Kategori pembagian pasangan elektrode sensor ECVT menjadi penting untuk
mempermudah melakukan analisis. Pembagian pasangan elektrode sensor ECVT 8
Elektrode diperlihatkan tabel 8.
Tabel 8. Penjelasan Kategori Setiap Pasangan Elektrode Sensor ECVT 8 Elektrode
No.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
Pasangan
Elektrode
1-2
1-3
1-4
1-5
1-6
1-7
1-8
2-3
2-4
2-5
2-6
2-7
2-8
3-4
3-5
3-6
3-7
3-8
4-5
4-6
4-7
4-8
5-6
5-7
5-8
6-7
6-8
7-8
Kategori
Samping
Seberang
Samping
Atas
Diagonal
Diagonal
Atas
Samping
Seberang
Atas
Atas
Diagonal
Diagonal
Samping
Diagonal
Atas
Atas
Diagonal
Diagonal
Diagonal
Atas
Atas
Samping
Seberang
Samping
Samping
Seberang
Samping
E. Perhitungan Cx (Cx’)
Sesuai dengan persamaan 43 dan 44, itulah cara untuk menghitung nilai Cx dari
nilai tegangan keluaran.
60
𝐶𝑥 ′ =
20 𝑉𝑜 𝐶𝑓
𝐴2 𝐴𝑣 𝑐𝑜𝑠(𝛼)
(43)
Dengan nilai sudut atau phase sebagai berikut[10].
𝛼 = cot −1 ( 𝜔𝐶𝑓 𝑅𝑓 )
(44)
Jika nilai di bawah ini diketahui, persamaan akan jadi lebih sederhana.
Cf
: 22pF
A
: 10 V
AV
: 1x
Rf
: 22k Ω
f
: 500kHz
ω
: 2πf = 2.π.500k = 3,141592654 M rad/s
α
: 𝛼 = cot −1 ( 𝜔. 22𝑝𝐹. 22𝑘Ω) = 33,33152183𝑜
20.𝑉 .22𝑥10−12
𝑜
𝐶𝑥 ′ = 102 .1.𝑐𝑜𝑠(33,33152183
𝑜)
(45)
𝐶𝑥′ = 𝑉𝑜 . 5,26627𝑥10−12
(46)
Persamaan 46 adalah cara mudah untuk menghitung nilai Cx (Cx’).