DESAIN HYBRID MAGNETIC SENSOR UNTUK
MENGUJI JENIS LOGAM
SKRIPSI FISIKA
Diajukan Sebagai Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Sains Program Studi Fisika
Oleh
DADAN DARUSMAN 0608457
PROGRAM STUDI FISIKA JURUSAN PENDIDIKAN FISIKA
FAKULTAS PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
Desain Hybrid Magnetic Sensor Untuk Menguji
Jenis Logam
Oleh Dadan Darusman
Sebuah skripsi yang diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana pada Fakultas Pendidikan Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
© Dadan Darusman 2013 Universitas Pendidikan Indonesia
Agustus 2013
Hak Cipta dilindungi undang-undang.
Skripsi ini tidak boleh diperbanyak seluruhya atau sebagian,
LEMBAR PENGESAHAN SKRIPSI
DADAN DARUSMAN
0608457
DESAIN HYBRID MAGNETIC SENSOR UNTUK MENGUJI JENIS
LOGAM
DISETUJUI DAN DISAHKAN OLEH PEMBIMBING
Pembimbing I
Ahmad Aminudin, M.Si NIP. 197211122008121001
Pembimbing II
Drs. Waslaluddin, M.T NIP. 196302071991031002
Mengetahui,
Ketua Jurusan Pendidikan Fisika
DESAIN HYBRID MAGNETIC SENSOR UNTUK MENGUJI JENIS LOGAM
Disusun oleh : Dadan Darusman
Pembimbing : 1. Ahmad Aminudin, M.Si 2. Drs. Waslaluddin, M.T Program Studi : S-1 Fisika FPMIPA UPI
ABSTRAK
Telah dibuat hybrid magnetic sensor untuk mendeteksi jenis logam dengan menggunakan sistem koil solenoida dan sensor magnetik GMR tipe A002-02. Desain hybrid magnetic sensor adalah salah satu alat untuk medeteksi jenis logam dengan menggunakan sistem sensor hybrid yang didasarkan pada hukum Faraday yaitu ketika kawat dialiri arus maka akan timbul medan magnet. Kawat dibuat dengan sistem solenoida yang diberi arus DC kemudian medan magnet yang dihasilakn di-sensing oleh sensor magnetik GMR A002-02. Untuk mengetahui apakah sensor magnetik GMR A002-02 bekerja dengan baik maka dilakukan uji sensitivitas dan didapat sensitivitas dari sensor magnetik GMR A002-02 sebesar 32.65mV/A dengan nilai histerisis sebesar 5%. Untuk uji jenis logam, maka pada solenoida dimasukan berbagai jenis logam sehingga diketahui perubahan medan magnet yang terjadi berupa keluaran tegangan dari sensor magnetik GMR. Karena keluaran dari sensor magnetik GMR dalam orde mili volt, maka dikuatkan dengan rangkaian penguat sehingga keluarannya menjadi orde volt. Rangkaian penguat yang digunakan adalah rangkaian penguat inverting dengan penguatan 53,61 kali. Dari hasil pengukuran didapat untuk jenis logam tembaga sebesar 0.867V, logam aluminium sebesar 1.888V, logam kuningan sebesar 2.562V, logam stainless sebesar 2.657V, dan logam besi sebesar 5.82V.
HYBRID MAGNETIC SENSOR DESIGN FOR TESTING OF METAL
Compiled by : Dadan Darusman
Preceptor : 1. Ahmad Aminudin, M.Si 2. Drs. Waslaluddin, M.T Department : S-1 Fisika FPMIPA UPI
ABSTRACT
Have made the hybrid magnetic sensor to detect the type of metal by using a solenoid coil system and a GMR magnetic sensor type A002-02. Hybrid magnetic sensor design is one tool for detecting metals using hybrid sensor system based on Faraday's law that when energized wire will arise magnetic field. Made with wire systems DC solenoid is energized then the magnetic field-sensing by dihasilakn in GMR magnetic sensor A002-02. To determine whether the GMR magnetic sensor A002-02 works well then tested the sensitivity and sensitivity obtained from GMR magnetic sensor A002-02 at 32.65mV/A with a hysteresis value of 5%. To test the type of metal, then the solenoid included various types of metals that are known to changing magnetic fields that occur in the form of the output voltage of GMR magnetic sensor. Because the output of GMR magnetic sensors in order milli volts, then amplified by the amplifier circuit that outputs a volt order. Used amplifier circuit is an inverting amplifier with a gain 53.61 times. From the measurement results obtained for the type of copper equal to 0.867V, 1.888V for aluminum metal, brass metal at 2.562V, 2.657V for stainless steel, and iron equal to 5.82V.
iii
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ... Error! Bookmark not defined.
ABSTRAK ... Error! Bookmark not defined.
DAFTAR ISI ... iii DAFTAR TABEL ... Error! Bookmark not defined.
DAFTAR GAMBAR ... Error! Bookmark not defined.
DAFTAR LAMPIRAN ... Error! Bookmark not defined.
BAB I PENDAHULUAN ... Error! Bookmark not defined.
1.1 Latar Belakang ... Error! Bookmark not defined.
1.2 Rumusan Masalah ... Error! Bookmark not defined.
1.3 Batasan Masalah ... Error! Bookmark not defined.
1.4 Tujuan Penelitian ... Error! Bookmark not defined.
1.5 Manfaat Penelitian ... Error! Bookmark not defined.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... Error! Bookmark not defined.
2.1 Medan Magnet Dalam Solenoida ... Error! Bookmark not defined.
2.2 Material Magnetik ... Error! Bookmark not defined.
2.2.1 Diamagnetik ... Error! Bookmark not defined.
2.2.2 Paramagnetik ... Error! Bookmark not defined.
2.2.3 Ferromagnetik ... Error! Bookmark not defined.
2.3 Giant Magnetoresistance (GMR) ... Error! Bookmark not defined.
2.4 Aplikasi Giant Magnetoresistance... Error! Bookmark not defined.
2.5 Rangkaian OP-Amp ... Error! Bookmark not defined.
BAB III METODE PENELITIAN ... Error! Bookmark not defined.
3.1 Metode Penelitian ... Error! Bookmark not defined.
3.2 Lokasi Penelitian ... Error! Bookmark not defined.
3.3 Alat dan Bahan ... Error! Bookmark not defined.
3.4 Langkah Penelitian ... Error! Bookmark not defined.
3.4.1 Persiapan ... Error! Bookmark not defined.
3.4.2 Pelaksanaan ... Error! Bookmark not defined.
iv
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS ... Error! Bookmark not defined.
4.1 Pengujian Hybrid Magnetic Sensor ... Error! Bookmark not defined.
4.2 Pengujian Hybrid Magnetic Sensor Terhadap Solenoida yang Diberi Inti Logam ... Error! Bookmark not defined.
4.3 Uji Penguatan Tegangan ... Error! Bookmark not defined.
4.4 Pengukuran Hybrid Magnetic Sensor Terhadap Solenoida yang Diberi Inti Logam Dengan Penguatan ... Error! Bookmark not defined.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... Error! Bookmark not defined.
5.1 Kesimpulan ... Error! Bookmark not defined.
5.2 Saran ... Error! Bookmark not defined.
DAFTAR PUSTAKA ... Error! Bookmark not defined.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dalam kehidupan sehari-hari kita selalu menggunakan benda-benda yang terbuat dari logam, misalnya kita makan menggunakan sendok yang terbuat dari logam, kursi ada yang terbuat dari logam, gunting, pisau, dan lain sebagainya. Logam-logam tersebut ada yang bermanfaat dan ada yang berbahaya bagi manusia, tergantung jenis logam apa yang digunakan, kita tidak mungkin menggunakan sendok yang terbuat dari besi karena besi bisa berkarat dan membahayakan kesehatan. Untuk itu supaya penggunaan logam tepat sesuai jenisnya maka perlu adanya uji deteksi jenis logam.
Alat uji deteksi logam yang ada sekarang umumnya hanya mendeteksi adanya logam tanpa mengetahui jenis logam tersebut. Alat deteksi logam ini dibuat dengan prinsip elektromagnetik yaitu dengan cara membuat koil yg dialiri arus sehingga menimbulkan medan magnet yang bisa menarik logam (Cross, November 2008). Alat uji deteksi logam biasanya digunakan sebagai keamanan di tempat-tempat umum seperti bandara, mall-mall, bank, dan hotel untuk meminimalisir kejahatan. Alat uji logam yang pernah dibuat adalah alat uji logam yang mampu mendeteksi jenis logam berdasarkan sifatnya saja yaitu diamagnetik, paramagnetik dan feromagnetik. Namun demikian alat ini lebih efektif digunakan untuk mendeteksi bahan feromagnetik. Alat ini dibuat berdasarkan efek elektromagnetik yang ditimbulkan koil toroida (Implementing a Robust Metal Detector Utilizing the Colpitts Oscillator with Toroidal Coil, Journal of
Engineering and Applied Sciences 5 (2): 56-63, 2010).
Alat uji logam yang pernah dibuat juga ada yang menggunakan sensor induktif dengan metode beat frequency oscillator.
osilator akan berubah. Perubahan karakterisasi osilator akan mengakibatkan frekuensi dan tegangan pada output sensor kedua. Alat ini hanya mampu mendeteksi jenis logam besi, tembaga, dan alumunium yang masih tergantung dengan dimensi logam yang dideteksi (Detektor Logam Menggunakan Sensor Induktif Dengan Metode Beat Frequancy Oscillator, Skripsi Setiyo Ari Wibowo: Institut Teknologi Telkom, 2008).
Alat uji dan deteksi jenis logam sebenarnya telah banyak dibuat namun dengan berbagai cara dan metode yang berbeda yang masing-masing memiliki kelebihan dan kekurangannya. Beberapa penelitian mengenai alat uji jenis logam dapat dilihat pada tabel 1.1
Tabel 1.1 Beberapa Penelitian Terkait Alat Uji/Deteksi Logam
No. Judul Penelitian Metode yang
Digunakan
Peneliti/Penerbit
1. Pemanfaatan Fluxgate
Magnetometer Sebagai Deteksi Logam/Emas Di Daerah Tambang Emas Gunung Pongkor, Bogor, Jawa Barat
2. Implementing a Robust Metal Detector Utilizing The Colpitts 3. Deteksi Biomolekul dengan
magnet, sehingga medan magnet yang ditimbulkan dapat digunakan sebagai sensor yang dapat men-sensing dan menarik logam yang ada disekitar koil tersebut. Dengan memperhatikan nilai suseptibilitas magnetik suatu bahan (xm)
maka nilai medan magnet bahan yang terdeteksi tersebut berubah, sehingga medan magnet jenis bahan yang satu dengan yang lainnya berbeda tergantung nilai susptibilitas masing-masing bahan. Seiring dengan perkembangan zaman, teknologi sensor magnetik semakin berkembang yaitu dengan adanya sensor magnetik GMR. Sensor magnetik GMR dapat digunakan untuk mendeteksi medan magnet yang lemah dengan ditandai adanya perubahan R (hambatan) dari sensor GMR tersebut yang sedemikian rupa sehingga keluaran dari sensor GMR merupakan perbedaan V (beda potensial) dari hasil pengukuran terhadan medan magnet suatu bahan. Hybrid magnetic sensor ini dikembangkan dengan alasan supaya pembacaan pada medan magnet suatu jenis logam lebih akurat dibandingkan dengan sensor magnetik yang telah ada yaitu yang hanya menggunakan sensor koil saja.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang diatas, maka perlu adanya perumusan masalah yang tepat sehingga dapat memperjelas masalah yang akan diangkat. Adapun perumusan masalahnya adalah:
“Bagaimana karakteristik hybrid magnetic sensor yang dibuat dapat digunakan untuk men-sensing jenis logam?”
1.3 Batasan Masalah
Agar penelitian menjadi lebih terarah maka karakterisasi yang dimaksud dalam penelitian ini dibatasi pada:
2. Rentang arus optimal untuk menentukan arus acuan. 3. Karakterisasi faktor penguatan op-amp inverting.
4. Pengujian jenis logam besi, stainless, tembaga, aluminium, dan kuningan.
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah mendesain hybrid magnetic sensor untuk menguji jenis logam.
1.5 Manfaat Penelitian
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Metode Penelitian
Metode yang digunakan pada penelitian ini adalah metode eksperimen. Eksperimen dilakukan untuk mendesain hybrid magnetic sensor untuk menguji jenis logam.
3.2 Lokasi Penelitian
Penelitian yang meliputi kegiatan perancangan sistem, rangkaian pengkondisi sinyal, dan pengujian serta pengambilan data dilakukan di laboratorium elektronika FPMIPA UPI.
3.3 Alat dan Bahan
Menurut eksperimen yang dilakukan maka alat dan bahan yang sesuai untuk digunakan pada penelitian ini adalah
a. Sensor magnetik GMR AA002-02
b. Jenis koil yang digunakan yaitu solenoida dengan panjang 7 cm c. Diameter kawat yang digunakan sebagai koil adalah 2 mm
d. Jumlah lilitan koil solenoida yaitu 30 lilitan sehingga sensor GMR tidak mengalami perubahan suhu dan tidak mengalami kerusakan
e. Luas penampang koil sebesar 3.14 x 10-6 m2
f. Inti aluminium, tembaga, kuningan, stainless steel, dan besi g. Power suplay
h. Rangkaian penguat sinyal i. Multimeter
3.4 Langkah Penelitian
3.4.1 Persiapan
Tahap awal yang dilakukan pada penelitian ini adalah berupa kajian pustaka tentang prinsip kerja sensor magnetik GMR dan induksi medan magnet pada solenoida.
3.4.2 Pelaksanaan
Pelaksanaan karakterisasi dilakukan melalui skema eksperimen sebagai berikut
Gambar 3.1 Skema Pengujian
Kumparan solenoida disusun seperti pada Gambar 3.1 yang memiliki diameter 16mm yang dialiri arus DC bervariasi. Sensor GMR ditempatkan tepat dibawah solenoida, mendeteksi adanya perubahan medan magnet yang ditandai adanya perubahan potensial yang terbaca pada voltmeter. Blok rangkaian penguat op-amp berfungsi untuk menguatkan tegangan keluaran dari sensor, supaya nilai
3.5 Diagram Alur Penelitian
Mulai
Studi literatur sensor magnetik GMR, medan magnet pada solenoida
Perancangan hybrid magnetic sensor untuk menguji jenis logam
Uji karakterisasi sensor
Pembuatan rangkaian penguat
Analisis Uji penguatan
Selesai
Berhasil? Ya
Tidak
Berhasil? Ya
Tidak
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari hasil penelitian ini dapat disimpulkan bahwa:
1. Harus digunakan koil solenoida yang jumlah lilitannya sedikit, dalam penelitian ini digunakan jumlah lilitan solenoida 30 lilitan sehingga sensor tidak mengalami perubahan suhu.
2. Uji sensititivitas hybrid magnetic sensor diperoleh sebesar 32.65 mV/A. 3. Nilai rata-rata histerisis pengukuran naik dan pengukuran turun hybrid
magnetic sensor adalah sebesar 5%.
4. Hasil uji karakterisasi fator penguatan dari rangkaian penguat yang diberikan terhadap tegangan keluaran sensor adalah sebesar 53.61 kali.
5. Dari hasil penelitian menggunakan hybrid magnetic sensor didapatkan hasil pengukuran untuk jenis logam tembaga sebesar 0.867V, logam aluminium sebesar 1.888V, logam kuningan sebesar 2.562V, logam stainless sebesar 2.657V, dan logam besi sebesar 5.82V.
5.2 Saran
Penelitian terhadap penggunaan hybrid magnetic sensor ini seyogyanya diperlukan pengembangan lebih lanjut. Berdasarkan pengalaman dari penelitian yang telah dilakukan dan waktu yang tersedia yang sangat singkat,maka ada beberapa gagasan yang sekiranya dapat direalisasikan untuk penelitian berikutnya. Yaitu sebagai berikut:
2. Rangkaian penguatan tegangan dikembangkan dengan penguatan 100 kali sehingga keluaran tegangan dari sensor lebih terbaca.
DAFTAR PUSTAKA
Anggarini, W., dkk.Valert Fert Model and Its Application for Calculation Giant Magnetoresistance of Multilayer Structure. 2006. Bandung.
Giancoli, D.C1998.Fisika Jilid 2. Terjemahan Dra. Yuhilza Hanum, M.Eng dan Irwan Arifin, M.Eng. Erlanga: Jakarta.
Halliday, D. dan Resnick, R.1998.”Fisika Cetakan Ketiga”.Terjemahan. Erlangga: Jakarta.
Husain Sadang., Megasari Kiki., Suharyadi E., Abraha Kamsul. 2012. Deteksi Biomolekul dengan Menggunakan Fenomena Surface Plasmon Resonance (SPR) Pada Sistem Logam/Nanopartikel Magnetik Fe3SO4. Proseding Pertemuan Ilmiah XXVI HFI Jateng dan DIY. Purworejo.
Obiazi, A.M.O., Anyasi, F.I., Jacdonmi, O.,Otubu, P.A., dan Abhulimen, I. 2010. Implementing a Robust Metal Detector Utilizing the Colpitts Oscillator with Toroidal Coil. Journal of Engineering and Applied Sciences 5 (2): 56-63.
Reitz, J.R, Milford, F.J., Christy, R.W.1992.”Foundation of Electromagnetic
Theory”.Addison-Wesley Publishing Company, inc.
Saragi, T. 2004. Characteristic of CoFe/Cu/CoFe Sandwich Giant Magnetoresistance (GMR) Sensor in Bridge Conviguration. Bandung. Tipler, P.A.1996.”Fisika Untuk Sains dan Teknik Jilid 2”, Edisi
Ketiga.Erlangga:Jakarta.
Web.mst.edu/explanation-of-hysterisis-calculation.doc.
Wibowo, S.A. 2008. Detektor Logam Menggunakan Sensor Induktif Dengan Metode Beat Frequancy Oscillator. Skripsi pada Institut Teknologi Telkom. Bandung.
Widodo., Slamet. 2012. Pemanfaatan Fluxgate Magnetometer Sebagai Deteksi Logam/Emas Di Daerah Tambang Emas Gunung Pongkor Bogor Jawa Barat. LAPAN.
