HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada bagian ini akan diperlihatkan hasil penelitian aplikasi multimode fiber coupler sebagai sensor ketinggian permukaan dengan menggunakan tiga jenis cairan, yaitu bensin, oli dan air. Penggunaan air dalam penelitian dimaksudkan sebagai data pembanding selain yang diperoleh dari bensin dan oli. Data hasil penelitian ini disajikan dalam bentuk plot data penelitian, analisis regresi linier serta pembahasannya.
4.1 Hasil Penelitian
Hasil dari penelitian aplikasi multimode fiber coupler sebagai sensor ketinggian permukaan bensin dan oli berbasis sensor pergeseran adalah berupa data tegangan keluaran detektor sebagai fungsi ketinggian bensin, oli, dan air. Data tersebut diperlihatkan pada Lampiran 1. Plot grafik data tegangan keluaran detektor terhadap perubahan tinggi permukaan bensin, oli, dan air dapat dilihat pada Gambar 4.1.
Gambar 4.1. Grafik Tegangan Keluaran Detektor terhadap Perubahan
Ketinggian Permukaan Bensin, Oli, dan Air
4.2 Pembahasan
Dari grafik pada Gambar 4.1 menunjukkan rentang pengukuran ketinggian yang dilakukan sebesar 4 cm – 74 cm. Batas bawah yang terukur sebesar 4 cm dikarenakan pada rentang pengukuran 0 cm – 4 cm membran tidak mengalami perubahan bentuk (cembung) sebab tekanan pada ketinggian ini terlalu kecil sehingga tegangan keluaran detektor tidak mengalami perubahan. Sedangkan batas atas sebesar 74 cm dikarenakan tangki yang tersedia memiliki ketinggian tersebut. Dari grafik terlihat bahwa daerah dengan ketinggian 4 cm – 74 cm, hubungan antara tegangan keluaran detektor antara bensin, oli, dan air tidak linier. Hal tersebut tidak dapat dianalisis secara teoritis karena hubungan antara tingkat kecembungan membran dengan daya optis berkas cahaya pantulan dari membran yang terkopel ke fiber coupler belum
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 Tegan gan K e lu ar an Det e kt o r (V) Tinggi (m) Air Oli Bensin
linier, akan tetapi dari hasil eksperimen masih dapat ditemukan daerah yang linier (Gambar 2.7). Dengan demikian, dapat dipahami grafik data hasil eksperimen yaitu data tegangan keluaran detektor terhadap ketinggian bensin, oli, dan air memiliki daerah yang linier. Untuk rentang ketinggian antara 4 cm – 24 cm terdapat hubungan yang linier antara tegangan keluaran detektor terhadap ketinggian bensin, oli, dan air yang hasilnya ditampilkan pada Gambar 4.2, Gambar 4.3, dan Gambar 4.4. Untuk daerah linier yang lain yaitu rentang ketinggian antara 24 cm – 74 cm juga terdapat hubungan yang linier antara tegangan keluaran detektor dengan ketinggian bensin, oli, dan air yang hasilnya ditampilkan pada Gambar 4.5, Gambar 4.6, dan Gambar 4.7.
Gambar 4.2. Grafik Tegangan Keluaran Detektor terhadap Perubahan
Ketinggian Permukaan Bensin
y = 0.1309x + 0.0711 R² = 0.9914 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.0 0.1 0.2 0.3 Te gan gan k e lu ar an d e te kt o r (V) Tinggi Bensin (m) 0.04 - 0.24 (m) cm
Gambar 4.3. Grafik Tegangan Keluaran Detektor terhadap Perubahan
Ketinggian Permukaan Oli
Gambar 4.4. Grafik Tegangan Keluaran Detektor terhadap Perubahan
Ketinggian Permukaan Air
y = 0.1517x + 0.0721 R² = 0.9917 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.0 0.1 0.2 0.3 Tegan gan ke lu ar an d e te kt o r ( V) Tinggi Oli (m) 0.04 - 0.24 (m) y = 0.1762x + 0.065 R² = 0.993 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.0 0.1 0.2 0.3 Tegan gan ke lu ar an d e te kt o r ( V) Tinggi Air (m) 0.04 - 0.21 (m) cm
Gambar 4.5. Grafik Tegangan Keluaran Detektor terhadap Perubahan
Ketinggian Permukaan Bensin
Gambar 4.6. Grafik Tegangan Keluaran Detektor terhadap Perubahan
Ketinggian Permukaan Oli
y = 0.2857x + 0.027 R² = 0.9943 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 Tegan gan ke lu ar an d e te kt o r (V) Tinggi Bensin (m) 0.24 - 0.74 (m) cm y = 0.3851x + 0.0045 R² = 0.9923 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 Tegan gan ke lu ar an d e te kt o r ( V) Tinggi Oli (m) 0.24 - 0.74 (m)
Gambar 4.7. Grafik Tegangan Keluaran Detektor terhadap Perubahan
Ketinggian Permukaan Air
Pada plot grafik daerah linier tegangan keluaran detektor terhadap ketinggian bensin, oli, dan air diatas, untuk ketinggian antara 4 cm – 24 cm diperoleh persamaan regresi linier untuk bensin y = 0.1309x + 0.0711 dengan koefisien korelasinya adalah R² = 0.9914, untuk oli diperoleh persamaan regresi linier y = 0.1517x + 0.0721 dengan koefisien korelasinya adalah R² = 0.9917, dan untuk air diperoleh persamaan regresi linier y = 0.1762x + 0.065 dengan koefisien korelasinya adalah R² = 0.993. Sedangkan untuk ketinggian 24 cm – 74 cm, diperoleh persamaan regresi linier untuk bensin y = 0.2857x + 0.027 dengan koefisien korelasinya adalah R² = 0.9943, untuk oli diperoleh persamaan regresi linier y = 0.3851x + 0.0045 dengan koefisien korelasinya adalah R² = 0.9923, dan untuk air diperoleh persamaan regresi linier y =
y = 0.3948x + 0.0117 R² = 0.9951 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 Tegan gan ke lu ar an d e te kt o r ( V) Tinggi air (m) 0.21 - 0.70 (m) cm
dari penelitian ini sangat penting, karena linieritas adalah persyaratan umum sebuah sensor yang menjelaskan bahwa sensor dapat menghasilkan tegangan keluaran detektor yang berubah secara kontinu sebagai tanggapan terhadap tinggi permukaan zat cair sebagai masukan yang juga berubah secara kontinu. Sehingga dapat dikatakan bahwa adanya linieritas dalam penelitian ini adalah sebagai parameter keberhasilan dari penelitian sistem sensor ketinggian permukaan zat cair ini. Semakin linier data hubungan antara tegangan keluaran detektor terhadap perubahan tinggi permukaan zat cair, maka semakin baik pula sensor tersebut.
Selain itu, dari hasil regresi linier di atas didapatkan bahwa daerah dengan rentang ketinggian antara 4 cm – 24 cm memiliki sudut kemiringan grafik (slope) lebih kecil dibandingkan daerah dengan rentang ketinggian antara 24 cm – 74 cm. Dalam hal ini sudut kemiringan grafik (slope) dapat diartikan sebagai sensitivitas dari sensor. Sensitivitas sensor adalah kemampuan sensor untuk mendeteksi perubahan keluaran dibandingkan satuan perubahan masukan. Sensitivitas akan menunjukkan seberapa jauh kepekaan sensor terhadap kuantitas yang diukur. Semakin besar nilai sensitivitas sebuah sensor, maka semakin peka sensor tersebut terhadap masukannya, sehingga semakin baik pula kualitas sensor tersebut. Dengan demikian, daerah dengan rentang ketinggian antara 24 cm – 74 cm dipilih karena memiliki sensitivitas yang besar serta rentang daerah 24 cm – 74 cm merupakan daerah kerja sensor. Nilai sensitivitas sensor dapat diketahui dari gradien persamaan garis linier yang sudah diperoleh pada Gambar 4.5, Gambar 4.6 dan Gambar 4.7. Dari
persamaan tersebut diperoleh nilai sensitivitas sensor untuk bensin sebesar 0.2857 V/m, untuk oli sebesar 0.3851 V/m, dan untuk air sebesar 0.3948 V/m. Artinya jika detektor dan mikrovoltmeter yang digunakan mampu membaca perubahan tegangan sebesar 1 mV, maka sensor memiliki kemampuan mendeteksi perubahan ketinggian permukaan sebesar 3,50 mm untuk bensin, untuk oli 2,59 mm, dan untuk air 2,53 mm.
Dari Gambar 4.5, Gambar 4.6 dan Gambar 4.7, selain menunjukkan karakteristik membran yang dipengaruhi oleh ketinggian zat cair, juga menunjukkan karakteristik membran yang dipengaruhi oleh 3 jenis zat cair yang memiliki massa jenis berbeda. Antara tiga jenis zat cair yang dipakai yakni bensin, oli dan air dengan massa jenis masing – masing 0,68 kg/l, 0,889 kg/l dan 1 kg/l, zat cair dengan massa jenis tinggi akan memiliki pola kemiringan grafik yang lebih tajam dibandingkan dengan zat cair dengan massa jenis lebih rendah. Hal ini sesuai dengan perumusan tekanan pada persamaan 2.16, yakni tekanan selain dipengaruhi oleh ketinggian zat cair juga dipengaruhi oleh massa jenis zat cair, yang berarti bahwa semakin besar massa jenis zat cair maka tekanan pada dasar tangki juga akan semakin tinggi. Hal ini diperlihatkan juga pada grafik Gambar 4.5, Gambar 4.6, dan Gambar 4.7, yang menunjukkan pada ketinggian 24 cm – 74 cm dari ketiga jenis zat cair yang dipakai, air memiliki pola grafik dengan sudut kemiringan yang lebih tinggi, kemudian oli dan bensin.
memiliki nilai resolusi yang sama yakni 0,5 cm.
Karakterisasi pada penelitian ini dilakukan untuk mencari parameter-parameter sensor sebagaimana dijelaskan sebelumnya. Nilai-nilai tersebut dapat dirangkum yang ditampilkan pada tabel 4.2.
Tabel 4.1. Karakteristik Multimode Fiber Coupler sebagai Sistem Sensor Ketinggian Permukaan. Zat Cair Resolusi ( ) Rentang pengukuran ( ) Daerah Linier ( ) Sensitivitas ( ) Bensin 0, 5 4 –74 24 - 74 28.57 Oli 0, 5 4 –74 24 - 74 38.51 Air 0, 5 4 –74 21 –70 39.48
berdasar pada Tabel 4.1 dapat disimpulkan bahwa sensor ketinggian permukaan dengan memanfaatkan multimode fiber coupler sangat baik diaplikasikan sebagai sistem sensor.
Selain itu, dalam perancangan sistem sensor ini juga tidak terlepas dari peran membran yang digunakan yakni membran yang terbuat dari bahan nitrile polymer. Membran ini terbukti tahan atau resistif terhadap bensin, dimana pada kebanyakan polymer biasanya tidak tahan terhadap bensin yang ketika berinteraksi dengan bensin akan mengalami kerusakan struktur pada bahan tersebut sehingga terjadi pemelaran atau paling buruk adalah bahan/material polymer tersebut akan hancur. Disamping itu, sifat elastisitas membran juga berpengaruh terhadap respon ketinggian zat cair. Membran dengan elastisitas tinggi hanya akan sangat responsif untuk tekanan yang rendah, sebaliknya
membran dengan elastisitas rendah hanya akan sangat responsif terhadap tekanan yang tinggi. Hal ini tentunya diakibatkan oleh sifat yang dimiliki oleh bahan/material membran tersebut.
