rancang bangun alat ukur emisi gas buang, studi kasus

RANCANG BANGUN ALAT UKUR EMISI GAS BUANG,
STUDI KASUS: PENGUKURAN GAS KARBON MONOKSIDA (CO)
Irvan Adhi Eko Putro1, Imam Abadi, ST. MT.2
Program Studi D3 Teknik Instrumentasi, Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknologi Industri
Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Kampus ITS Sukolilo-Surabaya 60111
Email : 1 [email protected], 2 [email protected]
Abstrak
Untuk mengetahui kadar konsentrasi gas karbon monoksida (CO), dibutuhkan alat yang dapat mengukur konsentrasi tersebut.
Maka dalam penelitian ini dibuat alat ukur emisi gas buang, dengan studi kasus pengukuran gas karbon monoksida (CO). Alat ukur emisi
gas buang ini menggunakan sensor gas MQ-7 sebagai sensor gas karbon monoksida (CO). Sedangkan mikrokontroler ATmega8535
sebagai kontroler dan pemroses sinyal, serta liquid crystal display (LCD) dengan karakter 4x20 berfungsi untuk penampil data.
Berdasarkan pengujian sensor yang diperoleh, pada grafik didapatkan persamaan liniernya ketika gas dinaikkan yaitu y= -159,3x + 49,26
dan saat diturunkan adalah y= -116,7x + 40,22. Hal ini menunjukkan bahwa semakin besar konsentrasi gas maka nilai resistansi sensor
semakin kecil, dan nilai tegangan output sensor akan meningkat. Selanjutnya berdasarkan pengujian alat ukur yang dibuat, diperoleh data
nilai standar deviasi ( ) sebesar 0,07 %, nilai ketidakpastian hasil pengukuran (UA1) adalah 0,016 %, dan nilai ketidakpastian pendekatan
regresi (UA2) yaitu sebesar 0,028 %.
Kata kunci : gas karbon monoksida (CO), sensor gas MQ-7, mikrokontroler ATmega8535, ketidakpastian
mempunyai potensi bersifat racun yang berbahaya karena
mampu membentuk ikatan yang kuat dengan pigmen darah
yaitu hemoglobin[2].
Karbon
monoksida
(CO)
diketahui
dapat
mempengaruhi kerja jantung (sistem kardiovaskuler),
sistem syaraf pusat, janin, dan semua organ tubuh yang
peka terhadap kekurangan oksigen. Pengaruh karbon
monoksida (CO) terhadap sistem kardiovaskuler cukup
nyata teramati walaupun dalam kadar rendah. Penderita
penyakit jantung dan penyakit paru merupakan kelompok
yang paling peka terhadap paparan karbon monoksida
(CO)[3]. Gejala dari keracunan ringan meliputi sakit kepala
dan mual-mual pada konsentrasi kurang dari 100 ppm.
Konsentrasi serendah 667 ppm dapat menyebabkan 50%
hemoglobin tubuh berubah menjadi karboksihemoglobin
(COHb). Karboksihemoglobin cukup stabil, namun
perubahan ini reversibel. Karboksihemoglobin tidaklah
efektif dalam menghantarkan oksigen, sehingga beberapa
bagian tubuh tidak mendapatkan oksigen yang cukup.
Sebagai akibatnya, paparan pada tingkat ini dapat
membahayakan jiwa. Di Amerika Serikat, organisasi
Administrasi Kesehatan dan Keselamatan Kerja membatasi
paparan di tempat kerja sebesar 50 ppm.
1. Pendahuluan
Udara merupakan campuran beberapa kandungan gas.
Tetapi terdapat juga gas yang berdampak negatif bagi
manusia dan lingkungan. Gas yang berdampak negatif ini
diakibatkan adanya pencemaran udara dari industri maupun
transpotasi, seperti asap cerobong pabrik maupun asap
kendaraan. Gas buang kendaraan merupakan salah satu
polutan atau sumber pencemaran udara yang relatif besar.
Udara polutan ini mengandung racun yang berbahaya bagi
kesehatan manusia, terutama gas karbon monoksida (CO).
Gas karbon monoksida (CO) ini merupakan salah satu
sebab utama keracunan yang paling umum bagi kesehatan
manusia. Standar emisi gas buang yang sering diukur dan
dipantau dengan kandungan gas tertentu, yaitu senyawa
hidrokarbon (HC), karbon monoksida (CO), karbon
dioksida (CO2), oksigen (O2) dan nitrogen dioksida (NO2).
Untuk mengetahui konsentrasi emisi gas buang maka
diperlukan alat ukur emisi gas, tetapi alat ini kebanyakan
tidak efisien dalam penggunaannya karena bentuk dari alat
yang terlalu besar dan harganya sangat mahal. Oleh karena
itu dalam penelitian ini dibuat alat yang lebih sederhana,
portable dan murah, yaitu alat ukur emisi gas buang yang
berbasis mikrokontroler. Sehingga dengan alat ini dapat
mengetahui tingkat atau konsentrasi emisi gas buang
dengan mudah.
2.2 Emisi Gas Karbon Monoksida (CO)
Menurut PP No.29 tahun 1986, pencemaran udara dapat
juga diartikan berubahnya tatanan udara oleh kegiatan
manusia atau oleh proses alam sehingga kualitas udara
menjadi kurang atau tidak dapat berfungsi lagi sesuai
dengan kegunaannya. Emisi ini berasal dari sumber polusi,
yang utama berasal dari transportasi, dimana hampir 60%
dari polutan yang dihasilkan terdiri dari karbon monoksida
(CO) dan sekitar 15% terdiri dari hidrokarbon (HC).
Menurut laporan WHO (1992) dinyatakan paling tidak
90% dari karbon monoksida (CO) di udara perkotaan
berasal dari emisi kendaraan bermotor. Selain itu asap
rokok juga mengandung karbon monoksida (CO), sehingga
para perokok dapat memajan dirinya sendiri dari asap rokok
yang sedang dihisapnya[2].
2. Tinjauan Pustaka
2.1 Gas Karbon Monoksida (CO)
Karbon monoksida atau biasa disingkat CO, adalah gas
yang tak berwarna, tak berbau, dan tak berasa. Gas ini
terdiri dari satu atom karbon yang secara kovalen berikatan
dengan satu atom oksigen. Dalam ikatan ini, terdapat dua
ikatan kovalen dan satu ikatan kovalen koordinasi antara
atom karbon dan oksigen. Karbon monoksida dihasilkan
dari pembakaran tak sempurna dari senyawa karbon, sering
terjadi pada mesin pembakaran dalam. Karbon monoksida
terbentuk apabila terdapat kekurangan oksigen dalam
proses pembakaran. Karbon monoksida mudah terbakar dan
bersifat racun. Senyawa karbon monoksida (CO)
1
Di dalam peraturan menteri lingkungan hidup No.5
tahun 2006 tentang ambang batas emisi gas buang
kendaraan bermotor lama terdapat peraturan tentang emisi
gas buang, salah satunya adalah nilai ambang batas emisi
gas buang[1]. Pada tabel 2.1 dijelaskan bahwa nilai-nilai
ambang batas adalah sebagai berikut.
berfungsi untuk
dihasilkan[9].
Tabel 2.1 Ambang batas emisi gas buang kendaraan
bermotor[1]
Kategori
2 tak
4 tak
2 & 4 tak
Tahun
Pembuatan
< 2010
< 2010
≥ 2010
Parameter
CO (%) HC (ppm)
4,5
12000
5,5
2400
5,5
2000
memperkuat
medan
magnet
yang
Gambar 2.2 Bagian-bagian transformator[9]
Metode
Uji
Idle
Idle
Idle
Dioda Penyearah
Dioda adalah komponen elektronika yang hanya
memperbolehkan arus listrik mengalir dalam satu arah
sehingga dioda biasa disebut juga sebagai penyearah. Dioda
terbuat dari bahan semikonduktor jenis silicon (Si) dan
germanium (Ge).
2.3 Sensor Gas MQ-7
Gambar 2.3 Dioda penyearah[9]
Gambar 2.1 Sensor gas MQ-7[6]
Regulator
Regulator tegangan berfungsi untuk filter tegangan atau
untuk menstabilkan tegangan agar tegangan yang ada selalu
konstan. Oleh karena itu biasanya dalam rangkaian power
supply dipakai IC regulator tegangan agar tegangan
keluarannya stabil.
Sensor MQ-7 merupakan sensor gas karbon monoksida
(CO) yang berfungsi untuk mengetahui konsentrasi gas
karbon monoksida (CO). Dimana sensor ini salah satunya
dipakai dalam memantau gas karbon monoksida (CO).
Sensor ini memiliki sensitivitas tinggi dan waktu respon
yang cepat. Keluaran yang dihasilkan oleh sensor ini adalah
berupa sinyal analog. Sensor ini juga membutuhkan
tegangan direct current (DC) sebesar 5V. Pada sensor ini
terdapat nilai resistansi sensor (Rs) yang dapat berubah bila
terkena gas dan juga sebuah pemanas yang digunakan
sebagai pembersihan ruangan sensor dari kontaminasi udara
luar. Sensor ini memerlukan rangkaian sederhana serta
memerlukan tegangan pemanas (power heater) sebesar 5V,
resistansi beban (load resistance), dan output sensor
dihubungkan ke analog digital converter (ADC), sehingga
keluaran dapat ditampilkan dalam bentuk sinyal digital.
Maka nilai digital yang berupa output sensor ini dapat
ditampilkan pada sebuah liquid crystal display (LCD) atau
alat penampil lainnya.
Gambar 2.4 IC regulator 78xx dan 79xx[10]
Kapasitor
2.4 Pencatu Daya
Pencatu daya adalah sebuah piranti elektronika yang
berguna sebagai sumber daya untuk piranti lain, terutama
daya listrik. Pada dasarnya pencatu daya bukanlah sebuah
alat yang menghasilkan energi listrik saja, namun ada
beberapa pencatu daya yang menghasilkan energi mekanik,
dan energi yang lain[8].
Gambar 2.5 Kapasitor[12]
Kapasitor ialah komponen elektronika yang mempunyai
kemampuan menyimpan elektron-elektron selama waktu
yang tidak tertentu. Kapasitor berbeda dengan akumulator
dalam menyimpan muatan listrik terutama tidak terjadi
perubahan kimia pada bahan kapasitor, besarnya
kapasitansi dari sebuah kapasitor dinyatakan dalam farad.
Pengertian lain kapasitor adalah komponen elektronika
yang dapat menyimpan dan melepaskan muatan listrik.
Transformator
Transformator adalah alat yang digunakan untuk
menaikkan atau menurunkan tegangan bolak-balik (AC).
Transformator terdiri dari 3 komponen pokok yaitu
kumparan primer yang bertindak sebagai input, kumparan
sekunder yang bertindak sebagai output, dan inti besi yang
2
Liquid crystal display (LCD) merupakan sejenis crystal
yang akan berpendar jika diberi tegangan tertentu, sehingga
perpendaran tersebut dapat diatur untuk membentuk
karakter, angka, huruf dan lain sebagainya. Liquid crystal
display (LCD) yang digunakan dalam penelitian tugas
akhir ini adalah menggunakan liquid crystal display (LCD)
dengan banyak baris dan karakter adalah 4x20 seperti pada
gambar 2.7.
2.5 Mikrokontroler ATmega8535
2.7 Teori Ketidakpastian
Tujuan untuk dilakukannya kalibrasi adalah untuk
mencapai
ketertelusuran pengukuran. Hasil dari
pengukuran dapat ditelusur sampai ke standar yang lebih
teliti. Manfaat kalibrasi adalah untuk mendukung sistem
mutu yang diterapkan di berbagai industri pada peralatan
laboratorium dan produksi yang dimiliki. Dalam melakukan
kalibrasi, bisa diketahui seberapa jauh perbedaan atau
penyimpangan antara harga benar dengan harga yang
ditunjukkan oleh alat ukur. Selain itu, kalibrasi juga
dilakukan untuk mengetahui nilai ketidakpastian. Untuk
mengetahui nilai atau harga ketidakpastian, yaitu dengan
langkah pertama mencari nilai standar deviasi
, dengan
menggunakan persamaan 2.2.
Gambar 2.6 Konfigurasi pin pada mikrokontroler AVR
ATmega8535[5]
Gambar 2.6 adalah merupakan konfigurasi
mikrokontroler ATmega8535 yang memiliki 40 pin dan 4
port dengan susunan seperti dijelaskan sebagai berikut:
 VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai pin
masukan catu daya.
 GND merupakan pin ground
 Port A (PA0 ...PA7) merupakan pin I/O dan pin
masukan ADC.
 Port B (PB0...PB7) merupakan pin I/O dan pin
yang
mempunyai
fungsi
khusus
yaitu
Timer/Counter, komparator Analog dan SPI.
 Port C (PC0...PC7) merupakan port I/O dan pin
yang mempunyai fungsi khusus, yaitu komparator
analog dan Timer Oscillator.
 Port D (PD0...PD1) merupakan port I/O dan pin
fungsi khusus yaitu komparator analog dan
interrupt eksternal serta komunikasi serial
 RESET merupakan pin yang digunakan untuk
mereset mikrokontroler
 XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukan
clock eksternal
 AVCC merupakan pin masukan untuk tegangan
ADC
 AREF merupakan pin masukan tegangan referensi
untuk ADC
 
2
 x  x 
n 1
(2.2)
Dimana:
= Nilai data x dikurangi nilai rata-rata x.
= Jumlah data x
Langkah kedua adalah menghitung nilai ketidakpastian
pada hasil pengukuran (UA1), dengan menggunakan
persamaan 2.3.
UA1 

(2.3)
n
Langkah ketiga adalah menghitung nilai ketidakpastian
pendekatan regresi (UA2). Adapun tahapan untuk mencari
nilai ketidakpastian pendekatan regresi (UA2), yaitu
pertama menggunakan persamaan regresi (Yreg), seperti
pada persamaan 2.4.
2.6 Liquid Crystal Display (LCD)
Untuk menampilkan hasil dari suatu nilai pengukuran,
membutuhkan tampilan (display) berupa liquid crystal
display (LCD).
y reg  a  bx
(2.4)
Untuk menghitung nilai persamaan regresi (Yreg),
sebelumnya mencari nilai a dan b. Tetapi untuk mencari
nilai a, harus mencari nilai b dahulu. Seperti pada
persamaan 2.5.
b
Gambar 2.7 Liquid crystal display (LCD) Character 4x20
3
n  xy   x  y
2
2
n  x   x 
(2.5)
Sehingga setelah nilai b diketahui, maka selanjutnya
menghitung nilai a dengan persamaan 2.6.
a  y  bx
3.1 Perancangan Alat
Dalam perancangan dalam pembuatan penelitian ini
yaitu alat ukur emisi gas buang, terdiri atas perancangan
mekanik (hardware) yang meliputi perancangan eletrik dan
perancangan software. Perancangan ini mempunyai
gambaran perancangan hardware, yang didalamnya ada
beberapa rangkaian elektrik yang medukung alat ini, yaitu
seperti gambar 3.2 dibawah ini.
(2.6)
Setelah nilai persamaan regresi (Yreg) dihitung,
kemudian mencari nilai nilai sum square residual (SSR),
persamaan untuk mencari SSR seperti pada persamaan 2.7.
 2
SSR   R
(2.7)
Setelah nilai sum square residual (SSR) diketahui,
maka bisa dilanjutkan dengan menghitung niai
ketidakpastian pendekatan regresi (UA2), dengan
menggunakan persamaan 2.8 berikut:
UA2 
SSR
n2
(2.8)
Gambar 3.2 Perancangan hardware alat ukur
3. Perancangan Dan Pembuatan Alat
Gambar 3.1 berikut adalah merupakan flowchart dari
perancangan dan pembuatan penelitian ini.
Pada gambar 3.2 merupakan bentuk umum alat ukur
emisi gas buang, perancangan mekanik terdiri dari beberapa
komponen mekanik seperti box, LCD, dan sensor. Box
disini berfungsi sebagai tempat komponen dan rangkaian
eletrik. Selain perancangan mekanik, terdapat juga
perancangan eletrik yang meliputi rangkaian power supply,
rangkaian minimum sistem mikrokontroler, rangkaian
driver sensor, dan rangkaian LCD. Dan untuk menjalankan
sistem juga terdapat perancangan software yang
menggunakan C Compiler. Alat ukur ini mempunyai
prinsip kerja seperti diagram blok pada gambar 3.3. Pada
gambar 3.3 merupakan diagram blok sistem pengukuran
yang digunakan pada rancang bangun alat ukur emisi gas
buang ini. Diagram blok ini memiliki beberapa bagian
penting yaitu sensor, sinyal pengkondisian, sinyal
pemrosesan dan representasi data atau display.
Gambar 3.3 Diagram blok alat ukur
3.2 Perancangan dan Pembuatan Elektrik
Perancangan dan pembuatan elektrik meliputi dari
pembuatan rangkaian power supply, rangkaian minimum
sistem dari mikrokontroler ATmega8535, rangkaian sensor
atau rangkaian pengkondisian sinyal, dan rangkaian LCD.
3.2.1 Rangkaian power supply
Gambar 3.1 Flowchart perancangan dan pembuatan alat
Gambar 3.4 Rangkaian Power supply
4
Pada gambar 3.4 adalah gambar dari power supply
yang digunakan dalam tugas akhir ini. Power supply ini
mempunyai ouput tegangan DC yaitu 5 Volt dan 12 Volt.
Komponen-komponen yang digunakan dalam rangkaian
power supply ini antara lain transformator 1 A, kapasitor
4700 uF, regulator 7805, regulator 7812 dan dioda
penyearah.
3.2.2 Rangkaian minimum sistem pada mikrokontroler
AVR ATmega8535
Gambar 3.5 adalah minimum sistem dari
mikrokontroler ATmega8535 yang digunakan dalam
penelitian rancang bangun ini alat ukur emisi gas buang ini,
dengan studi kasus pengukuran gas karbon monoksida.
Gambar 3.8 Rangkaian sensor gas MQ-7[6]
3.2.4 Rangkaian liquid crystal display (LCD)
Gambar 3.9 Bentuk LCD karakter 4x20
Pada gambar 3.9 merupakan LCD 4x20, LCD ini
digunakan pada alat peneltian tugas akhir ini. LCD ini
mempunyai 4 baris dan 20 kolom atau karakter. Untuk
menampilkan data ke LCD membutuhkan rangkaian LCD
seperti gambar 3.10. Untuk menghubungan LCD ke
mikrokontroler, dibutuhkan dengan port A, port B, port C,
dan port D dari mikrokontroler ATmega8535. Tapi dalam
tugas akhir digunakan port C untuk menghubungkan ke
mikrokontroler ATmega8535. Pada gambar 3.7 adalah
rangkaian yang dapat menghubungkan ke mikrokontroler
dengan konfigurasi pin yang ada pada LCD.
Gambar 3.5 Modul minimum sistem mikrokontroler AVR
ATmega8535
Untuk mengisi program kedalam mikrokontroler
ATmega8535 dibutuhkan rangkaian downloader seperti
gambar 3.6.
Gambar 3.6 Modul downloader USB AVR 910
3.2.3 Rangkaian sensor gas MQ-7
Gambar 3.10 Rangkaian liquid crystal display (LCD)[15]
3.3 Perancangan Dan Pembuatan Sofware
Perancangan software dibutuhkan karena untuk
menjalankan alat tugas akhir ini. Program disini berfungsi
menjalankan sistem melalui mikrokontroler ATmega8535,
yang nantinya chip mikrokontroler tersebut akan diisi
program perintah yang diinginkan.
Gambar 3.7 Modul sensor gas MQ-7
Pada gambar 3.7 adalah rangkaian sensor pada sensor
gas MQ-7. Rangkaian ini bisa disebut rangkaian
pengkondisian, rangkaian ini dibutuhkan agar sinyal yang
masuk ke ADC mikrokontroler ATmega8535 dapat dibaca,
maka sinyal tegangan harus dikondisikan sesuai spesifikasi
ADC mikrokontroler ATmega8535 yaitu 0-5 Volt. Berikut
gambar 3.8 adalah rangkaian pada sensor MQ-7.
4. Pengujian Alat Dan Analisa Data
Setelah pembuatan rancangan alat, maka langkah
selanjutnya adalah melakukan pengujian alat dan analisa
data dari alat yang telah dibuat seperti gambar 4.1. Tujuan
pengujian ini adalah untuk mengetahui bahwa rancang
bangun alat ukur emisi gas buang tersebut bekerja sesuai
5
dengan perancangan sistem yang dibuat. Pengujian yang
dilakukan adalah pengujian terhadap hardware maupun
pengujian software, kemudian analisa pembahasan terhadap
data yang diperoleh.
 (x  x)
2
UA1 

0,8  10
4
 0,00447 volt
4
n 1
Dan selanjutnya mencari nilai ketidakpastian
pengukuran (UA1) seperti persamaan 2.3, dan hasilnya
adalah sebesar 0,002 volt. Berikut adalah perhitungan untuk
UA1.
 


0,00447
n
 0,002 volt
5
Selanjutnya adalah pengujian power supply 12 V
seperti pada tabel 4.2.
Tabel 4.2 Pengujian power supply 12 V
Tegangan
Simpangan Simpangan Kuadrat
Terukur
(
),
,
No.
( ),
2
(volt)
(volt)
(volt)
1.
11,96
0,002
0,04 x 10-4
Gambar 4.1 Alat ukur emisi gas buang
4.1 Pengujian Alat
Dalam pengujian ini, meliputi pengujian power supply,
pengujian sensor, dan pengujian alat ukur. Pengujian alat
atau kalibrasi ini dilakukan untuk mengetahui perbedaan
atau penyimpangan dari suatu nilai yang sebenarnya dengan
nilai alat ukur yang ditunjukkan.
2.
11,96
0,002
0,04 x 10-4
3.
11,95
-0,008
0,64 x 10-4
4.
11,96
0,002
0,04 x 10-4
5.
11,96
0,002
0,04 x 10-4
= 11,958
4.1.1 Pengujian power supply
Dalam pengujian power supply ini adalah power
supply dengan tegangan keluaran 5 V dan 12 V.
Pada tabel 4.2 merupakan data pengujian power
supply 12V, dari data ini dapat dihitung nilai standar
deviasi seperti persamaan 2.2. Sehingga berdasar
perhitungan nilai standar deviasi ( ) diketahui sebesar
0,00447 volt. Dan berdasar perhitungan di bawah ini,
dihasilkan nilai ketidakpastian pengukuran (UA1) sebesar
0,002 volt.
Tabel 4.1 Pengujian power supply 5 V
Tegangan
Simpangan Simpangan Kuadrat
Terukur
(
),
,
No.
( ),
(volt)
(volt)2
(volt)
1.
4,99
-0,002
0,04 x 10-4
4,99
-0,002
0,04 x 10
3.
4,99
-0,002
0,04 x 10-4
4.
5,00
0,008
0,64 x 10-4
5.
4,99
-0,002
0,04 x 10-4
= 4,992 V
Σ
4.1.2 Pengujian sensor gas MQ-7
Pengukuran dilakukan dengan pengambilan data
ketika gas dinaikkan dan diturunkan. Data yang diambil
dari pengujian sensor ini, pertama adalah mengambil data
konsentrasi gas pada alat ukur yang standar. Kemudian
mengukur tegangan yang keluar dari sensor MQ-7. Berikut
tabel 4.3 adalah data yang telah diambil dalam pengujian
sensor MQ-7 ketika gas dinaikkan.
-4
2.
= 0,8 x 10-4 V2
Σ
= 0,8 x 10-4 V2
Tabel 4.3 Pengujian sensor gas MQ-7 ketika gas dinaikkan
Berdasarkan data pada tabel 4.1 pengujian power
supply 5 volt di atas, sesuai perhitungan didapatkan nilai
tegangan rata-rata yang diukur ( ) yaitu sebesar 4,992 volt,
No.
dan jumlah nilai simpangan kuadrat (Σ
) sebesar
0,8 x 10-4 volt2. Kemudian dihitung nilai standar deviasi
dengan persamaan 2.2. Sehingga nilai standar deviasinya
( ) yang dihasilkan yaitu 0,00447 volt. Dibawah ini adalah
1.
2.
3.
4.
5.
perhitungan untuk mencari nilai standar deviasi ( ).
Konsentrasi
gas pada alat
standar (x),
(%)
0,137
0,181
0,185
0,216
0,243
*RO = 1 kΩ
6
VRL
Sensor
MQ-7
(Volt)
1,29
1,70
1,75
2,04
2,30
Rs/Ro
y
Simpangan
((Rs/Ro)-y)
28,76
19,41
18,57
14,51
11,74
27,44
20,43
19,79
14,85
10,55
1,32
-1,02
-1,22
-1,28
1,19
Dalam tabel 4.3 adalah data pengujian sensor MQ-7
ketika gas dinaikkan. Dari data tersebut dihitung dengan
mencari resistansi sensor (Rs). Tegangan VRL adalah nilai
tegangan yang keluar dari sensor (Vout).
RS 
Dalam tabel 4.4 merupakan data pengujian sensor
MQ-7 ketika gas dinaikkan. Dari data tersebut dihitung
dengan mencari resistansi sensor (Rs). Setelah nilai Rs
dihasilkan maka dapat dibuat grafik karakteristik sensor
seperti gambar 4.3.
(VC  V RL )
5  1,29   10  28,76 kΩ
 RL 
V RL
1,29
Jadi dapat dihitung nilai Rs dan kemudian dapat
dibuat grafik karakteristik sensor dengan menunjukkan
perbandingan antara nilai Rs dengan konsentrasi gas (%).
Gambar 4.3 Grafik karakteristik sensor MQ-7 ketika gas
diturunkan
Pada gambar 4.3 merupakan grafik karakteristik
sensor ketika gas diturunkan. Grafik ini membandingkan
antara Rs yaitu resistansi sensor dengan konsentrasi gas
(%). Berdasar perhitungan dihasilkan nilai resistansi sensor
paling besar (y) dengan memasukkan nilai konsetrasi gas
(x), yaitu sebesar 19,10.
Gambar 4.2 Grafik karakteristik sensor MQ-7 ketika gas
dinaikkan
4.1.3 Pengujian alat ukur
Pada tabel 4.5 adalah data yang telah diambil ketika
pengujian alat ukur.
Pada gambar 4.2 menunjukkan grafik karakteristik
sensor ketika gas dinaikkan. Grafik ini membandingkan
antara Rs yaitu resistansi sensor dengan konsentrasi gas
(%). Dari grafik tersebut dapat diketahui persamaan linier
yaitu y = -129,3x + 49,26 dengan nilai R2= 0,965. Ketika
sudah didapatkan persamaan liniernya yaitu selanjutnya
memasukkan nilai konsentrasi gas (x) kedalam persamaan
tersebut. Dari persamaan linier yang didapat, berdasar
perhitungan dihasilkan nilai resistansi paling besar (y) yaitu
sebesar 27,44. Sehingga penyimpangan dari titik nilai
resistansi paling besar berdasarkan persamaan 2.1 dengan
persamaan linier yang didapatkan dari grafik, sebesar 1,32.
Selanjutnya pengujian dilakukan ketika gas
diturunkan, yang bertujuan mengetahui karakteristik dari
sensor, agar sesuai dengan datasheet sensor tersebut.
Berikut adalah tabel 4.4 yang merupakan data pengujian
sensor gas MQ-7 ketika gas diturunkan.
Tabel 4.5 Pengujian alat ukur data kalibrator dan data uji
Data
Data
Kalibrator
Uji
(
,
( ),
(%)
(%)
(%)
(%)
(%)
0,212
0,219
-0,007
-0.131 0,017161
0,213
0,228
-0,015
-0,122 0,014884
0,223
0,234
-0,011
-0,116 0,013456
0,232
0,238
-0,006
-0,112 0,012544
0,237
0,314
-0,077
-0,036 0,001296
0,237
0,326
-0,089
-0,024 0,000576
0,275
0,328
-0,053
-0,022 0,000484
0,314
0,361
-0,047
0,011
0,000121
0,355
0,371
-0,016
0,021
0,000441
0,355
0,375
-0,002
0,025
0,000625
0,365
0,387
-0,022
0,037
0,001369
0,365
0,389
-0,024
0,039
0,001521
0,406
0,391
0,015
0,041
0,001681
0,406
0,404
0,002
0,054
0,002916
0,412
0,410
0,002
0,06
0,0036
0,413
0,412
0,001
0,062
0,003844
0,415
0,414
0,001
0,064
0,004096
0,416
0,420
-0,004
0,07
0,0049
0,420
0,424
-0,004
0,074
0,005476
0,425
0,426
-0,001
0,076
0,005776
Σ
= 0,096767 %
Tabel 4.4 Pengujian sensor gas MQ-7 ketika gas
diturunkan
No.
1.
2.
3.
4.
5.
Konsentrasi
gas pada alat
standar (x),
(%)
0,247
0,247
0,243
0,187
0,181
VRL
Sensor
MQ-7
(Volt)
2,34
2,33
2,29
1,77
1,71
Rs/R
o
y
Simpangan
((Rs/Ro)-y)
11,37
11,46
11,83
18,24
19,24
11,39
11,39
11,86
18,40
19,10
-0,02
0,07
-0,03
-0,16
0,14
*RO = 1 kΩ
7
Pengujian alat ukur ini adalah membandingkan nilai
konsentrasi gas dari alat yang standar dengan alat yang
dibuat dengan sumber gas yang sama. Pengujian alat ukur
ini adalah membandingkan nilai konsentrasi gas dari alat
yang standar dengan alat yang dibuat dengan sumber gas
yang sama. Dari tabel 4.5 dapat dicari nilai ketidakpastian
hasil pengukuran (UA1), tetapi untuk mencari nilai UA1
harus ada nilai standar deviasinya ( ), sehingga dapat
diketahui nilai
yang dihasilkan yaitu sebesar 0,07 %.
Sehingga nilai ketidakpastian hasil pengukuran (UA1) yang
dihasilkan yaitu sebesar 0,016 %. Nilai ketidakpastian hasil
pengukuran ini adalah ketidakpastian saat dilakukannya
pengukuran secara berulang-ulang.
Sedangkan untuk mencari nilai ketidakpastian
pendekatan regresi (UA2), harus mencari nilai persamaan
regresi (Yreg) dan sum square residual (SSR), sehingga
dapat menghitung nilai UA2. Dan untuk menghitung nilai
Yreg harus ada nilai a dan b. Berikut tabel 4.6 adalah data
pengujian untuk mencari nilai ketidakpastian pendekatan
regresi (UA2).
4.1.4 Pengambilan data pada alat ukur
Pengambilan data pada alat ukur ini dengan cara
membuat variasi pengukuran berdasar jarak dan pembacaan
berulang sebanyak 10 kali.
Pembacaan Alat Ukur (%)
Tabel 4.7 Data pengukuran konsentrasi gas terhadap variasi
jarak
Jarak (cm)
Ke 0
5
10
15
0,226
0,208
0,183
0,169
1
0,228
0,198
0,173
0,169
2
0,224
0,201
0,179
0,163
3
0,224
0,203
0,173
0,163
4
0,232
0,208
0,175
0,167
5
0,220
0,185
0,179
0,167
6
0,214
0,201
0,173
0,161
7
0,214
0,195
0,177
0,161
8
0,218
0,198
0,171
0,169
9
0,222
0,199
0,177
0,167
10
Rata-rata ( ),
0,2222 0,1996
0,176 0,1654
(%)
0,0058 0,0066 0,0037 0,0033
S. Deviasi, (%)
Ketidakpastian
0,0018 0,0021 0,0012 0,0010
Pengukuran
(UA1), (%)
Tabel 4.6 Pengujian alat ukur untuk nilai pehitungan UA2
,
y,
,
,
(%)
(%)
(%)
(%)
(%)
-0,001533 0,047961
-0,028
0,021
0,000441
-0,00342
0,051984
-0,027
0,012
0,000144
-0,002574 0,054756
-0,027
0,016
0,000256
-0,001428 0,056644
-0,026
0,02
0,0004
-0,024178 0,098596
-0,019
-0,058
0,0034
-0,029014 0,106276
-0,017
-0,072
0,0052
-0,017384 0,107584
-0,017
-0,036
0,0013
-0,016967 0,130321
-0,014
-0,033
0,0011
-0,005936 0,137641 -0,0129 -0,003 0,0000096
-0,0075
0,140625 -0,0125 -0,0075 0,000056
-0,008514 0,149769
-0,011
-0,011
0,00012
-0,009336 0,151321
-0,011
-0,013
0,00017
0,005865 0,152881 -0,0109 0,0259
0,00067
0,000808 0,163216 -0,0096 0,0116
0,00013
0,00082
0,1681
-0,009
0,011
0,00012
0,000412 0,169744 -0,0088 0,0098
0,000096
0,000414 0,171396 -0,0086 0,0096
0,000092
-0,00168
0,1764
-0,0084 0,0044
0,000019
-0,001696 0,179776
-0,008
0,004
0,000016
-0,000426 0,181476 -0,0075 0,0065
0,00004
Σ(R2)=
Σ(xy) = -0,123267
Σ(x2) = 2,596467
,01378
Dari tabel 4.7 di atas menunjukkan nilai standar
deviasi dan UA1 masing-masing jarak pengukuran. Dan
untuk nilai rata-rata nilai standar deviasi keseluruhan
berdasarkan perhitungan dihasilkan sebesar = 0,00485 %,
dan nilai rata-rata UA1 yang dihasilkan sebesar 0,001525
%.
Pengambilan data ketika gas dinaikkan dengan jarak
yang sama seperti tabel 4.7, yaitu 0 cm, 5 cm, 10 cm, dan
15 cm. Tabel 4.8 adalah data pengukuran konsentrasi gas
ketika gas dinaikkan terhadap variasi masing-masing jarak,
data yang diperoleh adalah sebagai berikut.
Pembacaan Alat
Ukur (%)
Tabel 4.8 Data pengukuran konsentrasi gas ketika gas
dinaikkan
Tabel 4.6 merupakan data nilai perhitungan
ketidakpastian pendekatan regresi (UA2). Kemudian
mencari nilai ketidakpastian pendekatan regresi (UA2) harus
mengetahui nilai a dan b terlebih dahulu. Berdasarkan
perhitungan, maka persamaan regresi (Yreg) diketahui yaitu
-0,05 + 0,1x. Dan untuk mencari nilai R adalah nilai Y
dikurangi nilai Yreg atau (y - yreg), serta nilai sum square
residual (SSR) adalah sebesar 0,01378 % dari nilai Σ(R2),
dan nilai ketidakpastian pendekatan regresi berdasarkan
perhitungan yang dihasilkan adalah sebesar UA2= 0,028 %.
Rata-rata ( ),
(%)
S. Deviasi, (%)
Ketidakpastian
Pengukuran
(UA1), (%)
Jarak (cm)
0
0,232
0,330
0,338
0,358
0,408
5
0,226
0,232
0,306
0,308
0,310
10
0,177
0,234
0,236
0,246
0,259
15
0,173
0,197
0,201
0,203
0,210
0,3332
0,2764
0,2304
0,1968
0,064
0,043
0,031
0,014
0,028
0,019
0,014
0,006
Dari tabel 4.8 adalah data pembacaan ketika gas
dinaikkan terhadap variasi jarak, data ini dapat dihitung
8
nilai standar deviasinya serta dapat juga dihitung nilai
ketidakpastian hasil pengukurannya. Sehingga berdasar
perhitungan nilai rata-rata standar deviasi yang dihasil
sebesar 0,038 % dan rata-rata ketidakpastian pengukuran
(UA1) yang diperoleh adalah 0,01675 %.
[9] <http://genius.smpn1mgl.sch.id/file.php/1/ANIMASI/fisika/Transformator/
index.html>, diakses pada tanggal 15 April 2012.
[10] <www.scribd.com/doc/56068184/Dioda-AdalahKomponen-Elektronika-Yang-HanyaMemperbolehkan-Arus-Listrik-Mengalir-Dalam-SatuArah-Sehingga-Dioda-Biasa-Disebut-Juga-Sebagai>,
diakses pada tanggal 15 April 2012.
[11]<http://deviltronic.blogspot.com/2010/09/regulatortegangan.html>, diakses pada tanggal 15 April 2012.
[12] <http://yuksinau.com/kapasitor-komponen-dasarelektronika/>, diakses pada tanggal 15 April 2012.
[13]<http://iswanto.staff.umy.ac.id/files/2011/02/CODEVI
SIONAVR-STEP.doc>, diakses pada tanggal 17 April
2012.
[14]<http://telinks.files.wordpress.com/2010/02/sch12v5v.j
pg>, diakses pada tanggal 22 April 2012.
[15] <http://etekno.blogspot.com/2011/04/menampilkandata-dari-mikrokontroler-ke.html>,
diakses
pada
tanggal 22 April 2012.
5. Kesimpulan
Setelah melakukan pengujian dan penganalisaan
terhadap data yang telah didapat pada penelitian ini, yaitu
rancang bangun alat ukur emisi gas buang dengan studi
kasus pengukura gas karbon monoksida (CO), maka
didapatkan kesimpulan yaitu sebagai berikut:
1. Alat ini mempunyai spesifikasi sebagai berikut
yaitu:
 Berdasarkan
pengujian
sensor,
diperoleh
persamaan linier ketika gas dinaikkan yaitu y = 159,3x + 49,26 dan saat gas diturunkan adalah y
= -116,7x + 40,22.
 Dari persamaan linier tersebut, bahwa semakin
besar nilai konsentrasi gas maka semakin kecil
nilai resistansi sensor. Selain itu, semakin besar
nilai tegangan output sensor maka semakin besar
nilai konsentrasi gas tersebut.
 Berdasarkan pengujian alat ukur yang dibuat,
diperoleh nilai standar deviasi ( ) sebesar 0,07
%, nilai ketidakpastian hasil pengukuran (UA1)
yaitu 0,016 %. Sedangkan nilai ketidakpastian
pendekatan regresi (UA2) adalah sebesar 0,028
%.
2. Berdasarkan hasil pengujian sensor dan pengujian
alat ukur, bahwa alat ukur emisi gas buang yang
dibuat, dengan studi kasus pengukuran gas karbon
monoksida (CO) dapat bekerja dengan baik.
7. Biodata Penulis
Nama penulis Irvan Adhi Eko Putro.
Penulis dilahirkan di kota Tuban
tanggal 14 oktober 1990. Penulis
telah menempuh pendidikan formal
di TK Bina Karya Surabaya, SDN
Kedungsoko 01 Tuban, SMPN 2
Widang-Tuban, dan SMAN 1
Babat-Lamongan.
Tahun
2009
penulis
telah
menyelesaikan
pendidikan SMA. Pada tahun 2009
penulis mengikuti seleksi mahasiswa baru diploma (D3)
dan diterima menjadi mahasiswa baru diploma (D3) di
kampus Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya
(ITS) dengan Program Studi D3 Teknik Instrumentasi,
Jurusan Teknik Fisika-Fakultas Teknologi Industri. Penulis
terdaftar dengan NRP. 2409030052. Apabila ada kritik,
saran dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa
menghubungi 085853777800 atau melalui via email:
[email protected].
6. Daftar Pustaka
[1] Peraturan Menteri Lingkungan Hidup No. 6 Tahun
2006 Tentang Ambang Batas Emisi Gas Buang
Kendaraan Bermotor Lama.
[2] Parameter Pencemar Udara Dan Dampaknya Terhadap
Kesehatan,
<http://www.depkes.go.id/downloads/Udara.Pdf>.
[3] A. Tri Tugaswati. “Emisi Gas Buang Kendaraan
Bermotor Dan Dampaknya Terhadap Kesehatan”,
<http://www.kpbb.org/makalah_ind/Emisi%20Gas%2
0Buang%20Bermotor%20%26%20Dampaknya%20T
erhadap%20Kesehatan.pdf>.
[4] Margaretha S. “Analisis Karbon Monoksida (CO)
Dalam Emisi Gas Buang Kendaraan Bermotor Dengan
Sensor Gas Semikonduktor”,
<http://repository.usu.ac.id/handle/123456789/19277>
[5] M. Ary Heryanto, ST & Ir. Wisnu Adi P. 2008.
Pemrograman Bahasa C untuk Mikrokontroler
ATMega8535. Yogyakarta : Andi.
[6] Datasheet Sensor Gas MQ-7.
[7] <http://www.tokoelektronika.com/img/foto/ATMEGA8535L.jpg>,
diakses pada tanggal 15 April 2012.
[8] <http://id.wikipedia.org/wiki/Pencatu_daya>, diakses
pada tanggal 15 April 2012.
9