Tugas Besar Pribadi

[Menuju Akhir]

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Tujuan

Aplikasi Fermentasi Buah Anggur untuk Produk Cuka Anggur

1. Tujuan [kembali]

Mempelajari cara kerja sensor yang ada.
Mempelajari prinsip kerja Aplikasi Fermentasi Buah untuk Produk Pengolahan menggunakan sensor pH, sensor suhu, sensor gas (co2 dan o2), sensor alkohol, sensor kekeruhan, sensor kadar asam, sensor level cairan, sensor konduktivitas.
Mempelajari simulasi rangkaian Aplikasi Fermentasi Buah untuk Produk Pengolahan menggunakan sensor pH, sensor suhu, sensor gas (co2 dan o2), sensor alkohol, sensor kekeruhan, sensor kadar asam, sensor level cairan, sensor konduktivitas..

2. Alat dan Bahan [kembali]

  1. Voltmeter

DC Voltemeter merupakan alat ukur yang digunakan untuk mnegukur tegangan DC.

2. Baterai

     Digunakan sebagai sumber tegangan pada rangkaian.
  Konfigurasi pin

Spesifikasi

2.2 Bahan
1. Resistor
Spesifikasi resistor yang digunakan:
a. Resistor 10 ohm
b. Resistor 220 ohm
c. Resistor 10k ohm

            Datasheet resistor

2. Logic State

3. Transistor NPN

Transistor NPN merupakan jenis transistor bipolar yang menggunakan arus listrik kecil dan tegangan positif pada terminal Basis untuk mengendalikan aliran arus dan tegangan yang lebih besar dari Kolektor ke Emitor. Komponen ini berfungsi sebagai penguat, pemutus dan penyambung (switching), stabilitasi tegangan, modulasi sinyal, dan lain lain.
  Spesifikasi dan konfigurasi pin:
Spesifikasi

4. Relay

Relay adalah Saklar (Switch) yang dioperasikan secara listrik dan merupakan komponen Electromechanical (Elektromekanikal) yang terdiri dari 2 bagian utama yakni Elektromagnet (Coil) dan Mekanikal (seperangkat Kontak Saklar/Switch). Relay menggunakan Prinsip Elektromagnetik untuk menggerakkan Kontak Saklar sehingga dengan arus listrik yang kecil (low power) dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih tinggi.

Spesifikasi tipe relay: 5VDC-SL-C
Tegangan coil: DC 5V
Struktur: Sealed type
Sensitivitas coil: 0.36W
Tahanan coil: 60-70 ohm
Kapasitas contact: 10A/250VAC, 10A/125VAC, 10A/30VDC, 10A/28VDC
Ukuran: 196154155 mm
Jumlah pin: 5

Konfigurasi Pin

Datasheet Relay

5. Dioda

Dioda adalah komponen aktif dua kutub yang pada umumnya bersifat semikonduktor, yang memperbolehkan arus listrik mengalir ke satu arah (kondisi panjar maju) dan menghambat arus dari arah sebaliknya (kondisi panjar mundur).

6. LED


7. OP-AMP

Operational Amplifier atau lebih dikenal dengan istilah Op-Amp adalah salah satu dari bentuk IC Linear yang berfungsi sebagai Penguat Sinyal listrik. Sebuah Op-Amp terdiri dari beberapa Transistor, Dioda, Resistor dan Kapasitor yang terinterkoneksi dan terintegrasi sehingga memungkinkannya untuk menghasilkan Gain (penguatan) yang tinggi pada rentang frekuensi yang luas.

8. Motor DC

Motor Listrik DC atau DC Motor adalah suatu perangkat yang mengubah energi listrik menjadi energi kinetik atau gerakan (motion). Motor DC ini juga dapat disebut sebagai Motor Arus Searah.
Konfigurasi Pin
Pin 1 : Terminal 1
Pin 2 : Terminal 2
                Spesifikasi Motor DC

Sensor O2

11. POWER SUPPLY

pH Sensor

Sensor Kadar Asam (Acetic Acid Sensor)

Sensor Kekeruhan (Turbidity Sensor)

Sensor Konduktivitas

Sensor Suhu

Sensor CO2

Sensor Alkohol

Sensor Level Cairan

3. Dasar Teori [kembali]

Sensor PH
Rentang Pengukuran: 0 hingga 14 pH.
Resolusi: 0.01 pH (standar).
Akurasi: ±0.1 pH atau lebih baik (tergantung model).
Tegangan Operasi: Biasanya 3.3V atau 5V untuk modul sensor berbasis mikrokontroler.
Output Sensor: Analog (tegangan proporsional dengan pH). Digital (RS485, Modbus, atau I2C untuk sensor industri).
Suhu Operasional: Biasanya 0°C hingga 60°C (untuk sensor standar). Sensor industri dapat bekerja hingga 100°C dengan kompensasi suhu.
Material Elektroda: Kaca khusus tahan terhadap larutan korosif. Bodi pelindung berbahan plastik atau stainless steel untuk aplikasi berat
Prinsip Kerja pH meter:
Prinsip kerja utama pH meter adalah terletak pada sensor probe berupa elektrode kaca (glass electrode) dengan jalan mengukur jumlah ion H3O+ di dalam larutan. Ujung elektrode kaca adalah lapisan kaca setebal 0,1 mm yang berbentuk bulat (bulb). Bulb ini dipasangkan dengan silinder kaca non-konduktor atau plastik memanjang, yang selanjutnya diisi dengan larutan HCl (0,1 mol/dm3). Di dalam larutan HCl, terendam sebuah kawat elektrode panjang berbahan perak yang pada permukaannya terbentuk senyawa setimbang AgCl. Konstannya jumlah larutan HCl pada sistem ini membuat elektrode Ag/AgCl memiliki nilai potensial stabil.

Inti sensor pH terdapat pada permukaan bulb kaca yang memiliki kemampuan untuk bertukar ion positif (H+) dengan larutan terukur. Kaca tersusun atas molekul silikon dioksida dengan sejumlah ikatan logam alkali. Pada saat bulb kaca ini terekspos air, ikatan SiO akan terprotonasi membentuk membran tipis HSiO+ sesuai dengan reaksi berikut:

Seperti pada ilustrasi di atas bahwa pada permukaan bulb terbentuk semacam lapisan “gel” sebagai tempat pertukaran ion H+. Jika larutan bersifat asam, maka ion H+ akan terikat ke permukaan bulb. Hal ini menimbulkan muatan positif terakumulasi pada lapisan “gel“. Sedangkan jika larutan bersifat basa, maka ion H+ dari dinding bulb terlepas untuk bereaksi dengan larutan tadi. Hal ini menghasilkan muatan negatif pada dinding bulb.
Pertukaran ion hidronium (H+) yang terjadi antara permukaan bulb kaca dengan larutan sekitarnya inilah yang menjadi kunci pengukuran jumlah ion H3O+ di dalam larutan. Kesetimbangan pertukaran ion yang terjadi di antara dua fase dinding kaca bulb dengan larutan, menghasilkan beda potensial di antara keduanya.
dimana R adalah konstanta molar gas (8,314 J/mol K), T untuk temperatur (Kelvin), F adalah konstanta Faraday 96.485,3 C/mol, 2,303 adalah angka konversi antara logaritma alami dengan umum, dan a(H3O+) adalah aktivitas dari hidronium (bernilai rendah jika konsentrasinya rendah). Pada temperatur 25°C nilai dari RT/2,303F mendekati angka 59,16 mV. Angka 59,16 mV ini menjadi bilangan penting karena pada suhu konstan larutan 25°C, setiap perubahan 1 satuan pH, terjadi perubahan beda potensial elektrode kaca sebesar 59,16 mV.
Perhitungan nilai aktivitas hidronium (a(H3O+)) pada persamaan di atas memiliki rentang yang sangat lebar yakni antara 10 hingga 10-15 mol/dm3. Sehingga untuk meringkas persamaan, maka lahirlah istilah pH dengan persamaan sebagai berikut:

Pada sebuah sistem pH meter secara keseluruhan, selain terdapat elektrode kaca juga terdapat elektrode referensi. Kedua elektrode tersebut sama-sama terendam ke dalam media ukur yang sama. Elektrode referensi digunakan untuk menciptakan rangkaian listrik pH meter. Untuk menghasilkan pembacaan pH yang valid, elektrode referensi harus memiliki nilai potensial stabil dan tidak terpengaruh oleh jenis fluida yang diukur.
Seperti halnya elektrode kaca, di dalam elektrode referensi juga digunakan larutan HCl (elektrolit) yang merendam elektrode kecil Ag/AgCl. Pada ujung elektrode referensi terdapat liquid junction berupa bahan keramik sebagai tempat pertukaran ion antara elektrolit dengan larutan terukur, pertukaran ion ini dibutuhkan untuk menciptakan aliran listrik sehingga pengukuran potensiometer (pH meter) dapat dilakukan.

Sensor temperatur juga menjadi satu komponen wajib pH meter, karena nilai pH sangat dipengaruhi oleh temperatur larutan. Pada pH larutan 7 (netral), perubahan temperatur tidak berpengaruh terhadap nilai tersebut. Namun jika larutan bersifat asam atau basa, pembentukan ion sangat dipengaruhi oleh temperatur. Dan karena pembacaan pH distandardisasi pada temperatur ruang 25°C, maka keberadaan sensor temperatur sangat krusial untuk mendapatkan pembacaan pH meter yang akurat.

Tiga sensor pH meter yang terendam di dalam larutan yakni elektrode kaca, elektrode referensi, dan sensor temperatur, dapat digabungkan menjadi satu komponen probe saja sehingga didapatkan bentuk sensor pH meter yang lebih praktis.

Setiap pH meter selalu membutuhkan penguat voltase atau dikenal dengan amplifier. Voltase yang dihasilkan oleh dua elektrode pH meter terlalu rendah yakni hanya sekitar 60 mV untuk setiap tingkatan nilai pH. Jika pada pH netral (=7) beda potensial antar elektrode kaca dengan referensi sama dengan nol, maka besar voltase yang dihasilkan oleh keduanya pada nilai pH terendah hingga tertinggi (0≤pH≤14) adalah di antara angka -350 mV hingga +350 mV. Agar voltase ini dapat diproses di mikrokontroler, maka harus diperkuat oleh amplifier. Sebagai contoh pada salah satu tipe amplifier pH meter, amplifier ini akan memperkuat voltase menjadi pada rentangan 0 hingga 14 V. Sehingga jika potensiometer membaca nilai 4,5 V, maka pH larutan yang diukur adalah 4,5.

Prinsip kerja pH meter didasarkan pada pengukuran perbedaan potensial listrik antara elektroda kaca dan elektroda referensi yang terendam dalam larutan. Elektroda kaca bertindak sebagai sensor utama yang mendeteksi konsentrasi ion hidrogen, menghasilkan sinyal tegangan yang sebanding dengan tingkat keasaman (pH) larutan. Elektroda referensi memberikan potensi listrik yang konstan sebagai acuan untuk perbandingan. Sinyal dari elektroda kaca kemudian diperkuat oleh amplifier karena tegangan yang dihasilkan biasanya sangat kecil. Selain itu, pH meter dilengkapi dengan sensor suhu untuk mengukur suhu larutan, sehingga kompensasi suhu otomatis dapat dilakukan demi memastikan pengukuran tetap akurat. Sinyal yang diperkuat selanjutnya diproses oleh mikroprosesor, yang menghitung dan menampilkan nilai pH secara digital pada layar. Dengan prinsip ini, pH meter dapat memberikan hasil yang presisi dalam pengukuran keasaman atau alkalinitas larutan
Sensor O2
Prinsip Kerja: Menggunakan elemen sensitif yang bereaksi dengan gas tertentu, menghasilkan perubahan resistansi atau tegangan yang dapat diukur.
Kategori:
Pasif/Aktif: Aktif (memerlukan sumber daya eksternal untuk bekerja).
Analog/Digital: Biasanya analog, karena menghasilkan tegangan sebanding dengan konsentrasi gas.
Fisika/Kimia/Biologi: Kimia (reaksi dengan molekul gas).
Thermal/Mekanis/Optik: Tidak termasuk kategori ini secara langsung.
Grafik Respon

Grafik menunjukkan perubahan tegangan (V) yang mengikuti pola osilasi konsentrasi gas, disertai dengan sedikit noise untuk simulasi kondisi nyata.

Sensor LM35
Prinsip Kerja: Menggunakan elemen semikonduktor untuk menghasilkan tegangan keluaran yang proporsional dengan suhu.
Kategori:
Pasif/Aktif: Aktif (memerlukan sumber daya eksternal).
Analog/Digital: Analog (menghasilkan tegangan linier terhadap suhu).
Fisika/Kimia/Biologi: Fisika (suhu).
Thermal/Mekanis/Optik: Thermal.

LM35 menggunakan dua transistor diferensial yang memiliki area emitter berbeda. Salah satu transistor memiliki area emitter yang lebih besar, sehingga arus yang mengalir melalui masing-masing transistor akan berbeda. Perbedaan densitas arus ini menghasilkan tegangan pada resistor tertentu, yang proporsional terhadap suhu absolut (dalam Kelvin). Tegangan yang dihasilkan oleh transistor ini, meskipun tergantung pada suhu, perlu diperkuat dan disesuaikan agar sesuai dengan skala Celsius.
Untuk itu, rangkaian menggunakan amplifier penguat (A1) yang berfungsi untuk menjaga tegangan pada basis transistor tetap stabil dan proporsional terhadap suhu absolut, serta memperbaiki hubungan antara output dan suhu. Pada tahap berikutnya, sumber arus konstan (I) digunakan untuk memastikan bahwa arus yang mengalir melalui transistor tetap stabil, yang penting untuk menjaga ketepatan pengukuran suhu.
Setelah sinyal suhu diperoleh, amplifier output (A2) mengonversi tegangan yang sebanding dengan suhu absolut menjadi tegangan yang lebih mudah dibaca dan linear terhadap suhu dalam skala Celsius. Dengan penguatan dan kompensasi dari berbagai komponen ini, LM35 menghasilkan tegangan output yang meningkat sebesar 10 mV untuk setiap kenaikan suhu 1°C, memungkinkan pengguna untuk mengukur suhu dengan presisi tinggi dan linearitas yang sangat baik.
Keseluruhan proses ini memungkinkan LM35 untuk memberikan pengukuran suhu yang akurat dan mudah digunakan dalam aplikasi elektronik, dengan ketepatan tinggi tanpa memerlukan kalibrasi eksternal.

LM35 menghasilkan tegangan output yang berbanding lurus dengan suhu yang diukur. Ketika suhu naik, tegangan output meningkat sebesar 10 mV untuk setiap kenaikan 1°C. Sensor ini memberikan pengukuran suhu yang sangat presisi dan linear tanpa memerlukan kalibrasi eksternal. Semua komponen bekerja bersama untuk menghasilkan sinyal yang dapat diproses lebih lanjut, menjadikan LM35 ideal untuk aplikasi pengukuran suhu dalam berbagai perangkat elektronik.
Dengan prinsip ini, LM35 memberikan kemudahan dalam pengukuran suhu dengan ketepatan yang tinggi dan digunakan secara luas dalam aplikasi pengendalian suhu atau monitoring suhu otomatis.

Spesifikasi Sensor suhu IC LM35 :

Memiliki sensitivitas suhu, dengan faktor skala linier antara tegangan dan suhu 10 mVolt/ºC, sehingga dapat dikalibrasi langsung dalam celcius.
Memiliki ketepatan atau akurasi kalibrasi yaitu 0,5ºC pada suhu25ºC
Memiliki jangkauan maksimal operasi suhu antara -55 ºC sampai +150 ºC.
Bekerja pada tegangan 4 sampai 30 volt. Memiliki arus rendah yaitu kurang dari 60 µA.
Memiliki pemanasan sendiri yang rendah (low-heating) yaitu kurang dari 0,1 ºC pada udara diam.
Memiliki impedansi keluaran yang rendah yaitu 0,1 W untuk beban 1 mA. Memiliki ketidaklinieran hanya sekitar ± ¼ ºC.

Grafik respon

Diagram blok

Sensor Konduktivitas

Sensor konduktivitas bekerja dengan mengukur kemampuan larutan untuk menghantarkan arus listrik, yang bergantung pada jumlah ion yang ada di dalam larutan.
Sensor ini dilengkapi dengan dua elektroda yang ditempatkan dalam larutan yang akan diuji.
Ketika sensor diberikan tegangan kecil, arus listrik akan mengalir antara elektroda, dan aliran listrik ini dipengaruhi oleh jumlah ion yang ada.
Semakin banyak ion dalam larutan, semakin rendah resistansi listrik, dan semakin tinggi konduktivitasnya. Sensor kemudian mengukur resistansi antara elektroda, yang dihitung untuk menentukan konduktivitas larutan dalam satuan Siemens per meter.
Karena suhu dapat mempengaruhi konduktivitas (ion bergerak lebih cepat pada suhu yang lebih tinggi), sensor konduktivitas umumnya dilengkapi dengan pengukur suhu untuk mengoreksi pengaruh suhu terhadap pengukuran.
Hasil pengukuran konduktivitas ini dapat digunakan untuk menentukan konsentrasi ion dalam larutan, dan sensor biasanya dikalibrasi menggunakan larutan standar untuk memastikan akurasi pengukuran.

Tegang diterapkan dan mengalirkan arus di kedua elektroda. Ketika tegangan AC diterapkan, ion positif bergerak menuju elektroda negatif (katoda), dan ion negatif menuju elektroda positif (anoda). Polaritas elektroda berubah mengikuti tegangan AC. Elektroda yang awalnya menjadi katoda (elektroda negatif) berubah menjadi anoda (elektroda positif) dalam setiap setengah siklus, dan sebaliknya.

Ion positif (kation) dan ion negatif (anion) secara terus-menerus bergerak di dalam larutan, mengikuti perubahan polaritas elektroda. Pergerakan ion-ion inilah yang menghasilkan arus listrik dalam larutan. Konsentrasi ion yang lebih tinggi berarti lebih banyak partikel bermuatan tersedia untuk menghantarkan arus. Semakin banyak pembawa muatan yang bergerak, semakin besar arus listrik yang dihasilkan.

Gambar Rangkaian dalam Sensor Konduktivitas

Rangkaian Wien Bridge Oscillator menggunakan kombinasi resistor (1.5 kΩ) dan kapasitor (0.1 µF) untuk menentukan frekuensi osilasi. Jaringan RC ini terdiri dari dua cabang: satu cabang resistor dan kapasitor yang terhubung seri, dan satu cabang resistor dan kapasitor yang terhubung paralel. Jaringan ini bekerja sebagai filter yang hanya memungkinkan sinyal pada frekuensi tertentu untuk melewati dan menghasilkan osilasi yang stabil. Dengan nilai
$R = 1.5 k Ω$ dan C = 0.1μF, Frekuensi osilasi sekitar 1 kHz dihasilkan. Frekuensi ini dipilih karena ideal untuk mencegah elektrolisis pada larutan.

IC TL07 adalah op-amp yang digunakan untuk memperkuat sinyal yang dihasilkan oleh jaringan RC. Amplifikasi dilakukan dengan memberikan umpan balik positif ke input non-inverting op-amp. Umpan balik positif ini memastikan sinyal yang dihasilkan memiliki amplitudo yang cukup untuk terus berosilasi. Selain itu, IC TL07 juga menerima umpan balik negatif melalui potensiometer (resistor variabel) yang mengontrol penguatan (gain) rangkaian. Dengan penguatan yang optimal, osilasi sinyal tetap stabil tanpa distorsi.

Rangkaian menggunakan potensiometer untuk mengatur feedback negatif, yang berfungsi menstabilkan amplitudo sinyal. Feedback negatif mengurangi penguatan jika amplitudo sinyal terlalu besar, sehingga mencegah distorsi atau osilasi berlebih. Dengan cara ini, amplitudo sinyal dijaga konstan pada 1 Volt, yang merupakan level ideal untuk digunakan dalam eksitasi elektroda sensor. Proses ini memastikan sinyal yang dihasilkan memiliki karakteristik yang konsisten dan dapat diandalkan.

Voltage follower menggunakan konfigurasi op-amp (dalam hal ini IC OP07) di mana output langsung diumpankan kembali ke input inverting (-), sementara sinyal input diberikan ke terminal non-inverting (+).

Sinyal sinusoidal 1 Volt dari Wien Bridge Oscillator diterima oleh voltage follower.
Voltage follower memastikan bahwa sinyal sinusoidal tetap memiliki Amplitudo 1 Volt, Frekuensi 1 kHz, Tanpa distorsi atau noise tambahan.

Sinyal keluaran dari voltage follower kemudian digunakan untuk mengaktifkan relay pada bagian akhir rangkaian. Relay ini dapat digunakan untuk berbagai fungsi kontrol, seperti menghubungkan atau memutus rangkaian daya, atau meneruskan sinyal ke rangkaian sensor untuk eksitasi probe.

Sinyal AC dari osilator diterapkan pada elektroda sensor yang ditempatkan dalam larutan. Elektroda ini menjadi bagian dari Wheatstone Bridge, di mana resistansi larutan menggantikan salah satu cabang jembatan. Resistansi larutan bervariasi berdasarkan jumlah ion dalam larutan, sehingga mencerminkan tingkat konduktivitasnya. Larutan dengan lebih banyak ion memiliki resistansi lebih rendah dan konduktivitas lebih tinggi.
Wheatstone Bridge mendeteksi perubahan resistansi larutan dengan menghasilkan tegangan output yang sebanding dengan nilai resistansi larutan. Tegangan ini mencerminkan tingkat konduktivitas larutan.
Tegangan dari Wheatstone Bridge diperkuat oleh differential amplifier berbasis IC CA3140. Amplifier ini meningkatkan sensitivitas rangkaian terhadap perubahan kecil pada resistansi larutan. Penguatan ini memastikan bahwa sinyal memiliki level yang cukup untuk diproses tanpa kehilangan detail pengukuran
Setelah diperkuat, sinyal melewati voltage follower untuk memastikan stabilitas dan mencegah gangguan dari rangkaian berikutnya. Selanjutnya, sinyal AC diubah menjadi sinyal DC menggunakan precision rectifier berbasis IC LM358. Sinyal DC ini linier terhadap resistansi larutan, sehingga mudah digunakan dalam perhitungan tingkat konduktivitas
Sinyal DC dari rectifier dikirim ke mikrokontroler untuk diubah menjadi data digital melalui ADC (Analog-to-Digital Converter). Mikrokontroler kemudian menghitung nilai konduktivitas (κ\kappa) menggunakan hubungan antara resistansi, panjang elektroda, dan luas elektroda. Nilai konduktivitas yang dihitung dapat ditampilkan pada layar LCD, disimpan, atau dikirim ke sistem lain untuk analisis.

Pada nilai konduktivitas rendah (0–200 μS/cm), hubungan antara tegangan keluaran dan konduktivitas bersifat linear, dengan persamaan $y = 0.009x + 0.003$ dan koefisien determinasi ( $R^2 = 0.992$ ) yang menunjukkan tingkat akurasi yang tinggi. Hal ini berarti tegangan keluaran sensor meningkat secara proporsional dengan konduktivitas cairan, karena resistansi cairan masih cukup signifikan untuk menghasilkan perubahan arus yang linear.

Namun, pada nilai konduktivitas yang lebih tinggi (>200 μS/cm), hubungan menjadi logaritmik, mengikuti persamaan $y = 1.093ln(x) - 4.063$ dengan $R^2 = 0.999$ , menunjukkan hubungan yang sangat presisi. Dalam rentang ini, tegangan keluaran sensor meningkat lebih lambat meskipun konduktivitas cairan terus bertambah. Fenomena ini terjadi karena resistansi cairan menjadi sangat rendah, sehingga pengaruh perubahan konduktivitas terhadap arus yang mengalir mulai berkurang. Titik transisi dari hubungan linear ke logaritmik terjadi sekitar konduktivitas 200 μS/cm, yang mencerminkan perubahan sensitivitas sensor terhadap perubahan konduktivitas.

Dengan model matematis ini, sensor dapat digunakan untuk mengukur konduktivitas cairan dengan akurasi tinggi di dua rentang berbeda. Pada rentang rendah, hubungan linear mempermudah perhitungan konduktivitas langsung dari tegangan keluaran, sedangkan pada rentang tinggi, hubungan logaritmik membantu mendeteksi nilai konduktivitas besar dengan lebih stabil meskipun perubahan tegangan lebih kecil. Sensor ini sangat cocok untuk aplikasi seperti pemantauan kualitas air, di mana rentang konduktivitas dapat sangat bervariasi.

Sensor Kekeruhan

Sensor turbidity bekerja dengan memanfaatkan prinsip hamburan cahaya untuk mengukur tingkat kekeruhan cairan. Sumber cahaya, seperti LED atau laser, memancarkan sinar ke dalam cairan yang mengandung partikel tersuspensi. Partikel-partikel ini menyebabkan cahaya terhambur ke berbagai arah, sementara sebagian lainnya diserap atau diteruskan. Sensor cahaya, biasanya dipasang pada sudut tertentu (umumnya 90°), mendeteksi intensitas cahaya yang dihamburkan. Data dari sensor kemudian diolah menjadi sinyal listrik yang dihitung dan dikonversi ke dalam satuan turbiditas, seperti NTU (Nephelometric Turbidity Unit). Semakin tinggi konsentrasi partikel dalam cairan, semakin besar intensitas hamburan cahaya yang terdeteksi, yang menunjukkan tingkat kekeruhan lebih tinggi. Sistem ini digunakan dalam berbagai aplikasi, seperti pemantauan kualitas air dan proses industri.

Rangkaian ini berfungsi sebagai sistem deteksi tingkat kekeruhan cairan dengan menggunakan sensor turbidity dan indikator LED. Dalam skenario cairan jernih, sensor menghasilkan tegangan keluaran rendah karena sedikit hamburan cahaya, sehingga komparator IC1A memberikan output rendah yang mengaktifkan LED hijau sebagai indikasi cairan bersih. Sebaliknya, pada cairan keruh, sensor menghasilkan tegangan lebih tinggi karena banyaknya hamburan cahaya, sehingga output komparator menjadi tinggi dan mengaktifkan LED merah untuk menunjukkan cairan tersebut keruh. Tegangan referensi ditentukan oleh pembagi tegangan pada R3 dan R4, yang dapat disesuaikan untuk menentukan ambang batas tingkat kekeruhan. Rangkaian ini sederhana namun efektif untuk aplikasi seperti pemantauan kualitas air atau sebagai alarm visual untuk tingkat kekeruhan tertentu.

Sumbu horizontal merepresentasikan tegangan keluaran sensor yang dikonversi dalam skala ADC (0–1024, dengan 1024 setara dengan 5V), sedangkan sumbu vertikal menunjukkan tingkat kekeruhan dalam satuan NTU. Hubungan ini bersifat linier, sebagaimana ditunjukkan oleh garis regresi dengan nilai

R^2 = 0.9662

, yang mengindikasikan bahwa data memiliki kecocokan yang sangat baik terhadap model linear.

Semakin tinggi tegangan keluaran sensor, semakin tinggi tingkat kekeruhan yang terdeteksi, dari cairan jernih pada tegangan rendah hingga cairan sangat keruh pada tegangan tinggi. Grafik ini berfungsi sebagai kurva kalibrasi yang menghubungkan tegangan keluaran sensor dengan nilai kekeruhan aktual, sehingga dapat digunakan untuk memetakan data sensor ke dalam satuan NTU untuk aplikasi seperti pemantauan kualitas air.

Sensor Level Cairan

Prinsip Kerja: Sensor air (water sensor) digunakan untuk mendeteksi keberadaan air atau kelembapan pada suatu permukaan. Umumnya digunakan untuk sistem peringatan kebocoran, monitoring kelembapan, atau deteksi air di tangki.
Kategori:

Pasif/Aktif: Aktif (Water sensor bekerja dengan aliran listrik melalui konduktivitas air untuk mendeteksi keberadaannya.).
Analog/Digital: Digital, Menghasilkan sinyal digital (HIGH/LOW) berdasarkan keberadaan air di sekitar sensor.
Fisika/Kimia/Biologi: Fisika (Mendeteksi sifat fisik konduktivitas air untuk menentukan keberadaan cairan.).
Thermal/Mekanis/Optik: Mekanis (Beroperasi dengan mendeteksi kontak mekanis antara air dan elektroda sensor.)

Jumlah Pin pada Sensor ini berjumlah 3 Yaitu :

Pin Negatif (-)
Pin Positif (+)
Pin Data (S).

Cara Kerja Sensor

Water level merupakan sensor yang berfungsi untuk mendeteksi ketinggian air dengan output analog kemudian diolah menggunakan mikrokontroler. Cara kerja sensor ini adalah pembacaan resistansi yang dihasilkan air yang mengenai garis lempengan pada sensor. Semakin banyak air yang mengenai lempengan tersebut, maka nilai resistansinya akan semakin kecil dan sebaliknya. Sensor memiliki sepuluh jalur tembaga yang terbuka, lima di antaranya adalah jalur power dan lima lainnya adalah jalur sensor. Jalur-jalur ini terjalin sehingga ada satu jalur sensor di antara setiap dua jalur power. Biasanya, jalur power dan sensor tidak terhubung, tetapi ketika direndam dalam air, keduanya terhubung. Pengoperasian sensor ketinggian air cukup sederhana. jalur power dan sensor membentuk resistor variabel (seperti potensiometer) yang resistansinya bervariasi berdasarkan seberapa banyak mereka terkena air.

Grafik Water Level Sensor

Pengoperasian sensor ketinggian air cukup sederhana.
jalur power dan sensor membentuk resistor variabel (seperti potensiometer) yang resistansinya bervariasi berdasarkan seberapa banyak mereka terpapar air.

Resistensi ini berbanding terbalik dengan kedalaman pencelupan sensor dalam air : Semakin banyak air yang dibenamkan sensor, semakin baik konduktivitasnya dan semakin rendah resistansinya. Semakin sedikit air yang dibenamkan sensor, semakin buruk konduktivitasnya dan semakin tinggi resistansinya. Sensor menghasilkan tegangan output yang sebanding dengan resistansi; dengan mengukur tegangan ini, ketinggian air dapat ditentukan.

Blog Diagram

Resistor

Resistor atau disebut juga dengan hambatan adalah komponen elektronika pasif yang berfungsi untuk menghambat dan mengukur arus listrik dalam suatu rangkaian elektronika. Satuan dari resistor adalah ohm. Nilai resistor biasanya diawali dengan kode angka ataupun gelang warna yang tedpat di badan resistor. Hambatan resistor disebut juga dengan resistansi. Resistor mempunyai nilai resistansi (tahanan) tertentu yang dapat memproduksi tegangan listrik di antara kedua pin dimana nilai tegangan terhadap resistansi tersebut berbanding lurus dengan arus yang mengalir, berdasarkan persamaan hukum Ohm :

Op-Amp

Penguat operasional atau yang dikenal sebagai Op-Amp merupakan suatu rangkaian terintegrasi atau IC yang memiliki fungsi sebagai penguat sinyal, dengan beberapa konfigurasi. Secara ideal Op-Amp memiliki impedansi masukan dan penguatan yang tak berhingga serta impedansi keluaran sama dengan nol. Dalam prakteknya, Op-Amp memiliki impedansi masukan dan penguatan yang besar serta impedansi keluaran yang kecil.

Op-Amp memiliki beberapa karakteristik, diantaranya:
a. Penguat tegangan tak berhingga (AV = ∼)
b. Impedansi input tak berhingga (rin = ∼)
c. Impedansi output nol (ro = 0) d. Bandwidth tak berhingga (BW = ∼)
d. Tegangan offset nol pada tegangan input (Eo = 0 untuk Ein = 0)

Amplifier Operasional:

Penguat Pembalik:

Istilah berikut digunakan dalam rumus dan persamaan untuk Penguatan Operasional.

· R f = Resistor umpan balik

· R in = Resistor Masukan

· V in = Tegangan masukan

· V keluar = Tegangan keluaran

· Av = Penguatan Tegangan

Penguatan tegangan:

Gain loop dekat dari penguat pembalik diberikan oleh;

Tegangan Keluaran:

Tegangan keluaran tidak sefasa dengan tegangan masukan sehingga dikenal sebagai penguat pembalik .

Penguat Penjumlahan:

Tegangan Keluaran:

Output umum dari rangkaian yang diberikan di atas adalah;

Jumlah Tegangan Input Amplifikasi Terbalik:

jika resistor inputnya sama, outputnya adalah jumlah tegangan input yang diskalakan terbalik,

Jika R 1 = R 2 = R 3 = R n = R

Output yang Dijumlahkan:

Ketika semua resistor dalam rangkaian di atas sama, outputnya adalah jumlah terbalik dari tegangan input.

Jika R f = R 1 = R 2 = R 3 = R n = R;

V keluar = – (V 1 + V 2 + V 3 +… + V n )

Penguat Non-Pembalik:

Istilah yang digunakan untuk rumus dan persamaan Penguat Non-Pembalik.

· R f = Resistor umpan balik

· R = Resistor Tanah

· V masuk = Tegangan masukan

· V keluar = Tegangan keluaran

· Av = Penguatan Tegangan

Keuntungan Penguat:

Gain total penguat non-pembalik adalah;

Tegangan Keluaran:

Tegangan output penguat non-pembalik sefasa dengan tegangan inputnya dan diberikan oleh;

Unity Gain Amplifier / Buffer / Pengikut Tegangan:

Jika resistor umpan balik dilepas yaitu R f = 0, penguat non-pembalik akan menjadi pengikut / penyangga tegangan

Penguat Diferensial:

Istilah yang digunakan untuk rumus Penguat Diferensial.

· R f = Resistor umpan balik

· R a = Resistor Input Pembalik

· R b = Resistor Input Non Pembalik

· R g = Resistor Ground Non Pembalik

· V a = Tegangan input pembalik

· V b = Tegangan Input Non Pembalik

· V keluar = Tegangan keluaran

· Av = Penguatan Tegangan

Keluaran Umum:

tegangan keluaran dari rangkaian yang diberikan di atas adalah;

Keluaran Diferensial Berskala:

Jika resistor R f = R g & R a = R b , maka output akan diskalakan perbedaan dari tegangan input;

Perbedaan Penguatan Persatuan:

Jika semua resistor yang digunakan dalam rangkaian adalah sama yaitu R a = R b = R f = R g = R, penguat akan memberikan output yang merupakan selisih tegangan input;

V keluar = V b – V a

Penguat Pembeda

Penguat Operasional jenis ini memberikan tegangan output yang berbanding lurus dengan perubahan tegangan input. Tegangan keluaran diberikan oleh;

Input gelombang segitiga => Output gelombang persegi panjang

Input gelombang sinus => Output gelombang kosinus

Penguat Integrator

Penguat ini memberikan tegangan keluaran yang merupakan bagian integral dari tegangan masukan.

Kapasitor

Kapasitor adalah komponen elektronika yang mempunyai kemampuan menyimpan eletron selama waktu tertentu atau komponen elektronika yang digunakan untuk menyimpan muatan listrik yang terdiri dari dua konduktor dan dipisahkan oleh dua penyekat tiap konduktor disebut keeping

beberapa fungsi kapasitor diantaranya:

Fungsi kapasitor sebagai kopling penghubung antara rangkaian. Kopling kapasitor akan memblok tegangan DC dan mengalirkan sinyal AC.
Sebagai penyaring atau filter untuk meredam tegangan ripple pada rangkaian power supply.
Sebagai peredam noise pada rangkaian.
Kapasitor sebagai penghemat daya listrik PLN.
Sebagai pelindung saklar dari loncatan api pada saat terhubung terutama pada tegangan tinggi.

Ground

Ground adalah titik yang dianggap sebagai titik kembalinya arus listrik arus searah atau titik kembalinya sinyal bolak balik atau titik patokan (referensi) dari berbagai titik tegangan dan sinyal listrik di dalam rangkaian elektronika.

Kegunaan ground

Titik kembalinya arus atau sinyal listrik
Pelindung terhadap gelombang elektromagnetik dari udara sekitar
Pengaman setrum jika ada kerusakan (ground sesungguhnya)
Titik patokan (referensi) tegangan atau sinyal dari berbagai titik di rangkaian
Menghilangkan dengung pada penguat audio
Mengurangi noise pada penguat audio (amplifier)dll

Baterai

Baterai adalah perangkat yang terdiri dari satu atau lebih sel elektrokimia dengan koneksi eksternal yang disediakan untuk memberi daya pada perangkat listrik seperti senter, ponsel, dan mobil listrik. Ketika baterai memasok daya listrik, terminal positifnya adalah katode dan terminal negatifnya adalah anoda. Terminal bertanda negatif adalah sumber elektron yang akan mengalir melalui rangkaian listrik eksternal ke terminal positif. Ketika baterai dihubungkan ke beban listrik eksternal, reaksi redoks mengubah reaktan berenergi tinggi ke produk berenergi lebih rendah, dan perbedaan energi-bebas dikirim ke sirkuit eksternal sebagai energi listrik. Secara historis istilah "baterai" secara khusus mengacu pada perangkat yang terdiri dari beberapa sel, namun penggunaannya telah berkembang untuk memasukkan perangkat yang terdiri dari satu sel.

Prinsip operasi

Baterai mengubah energi kimia lansung menjadi energi listrik. Baterai terdiri dari sejumlah sel volta. Tiap sel terdiri dari 2 sel setengah yang terhubung seri melalui elektrolit konduktif yang berisi anion dan kation. Satu sel setengah termasuk elektrolit dan elektrode negatif, elektrode yang di mana anion berpindah; sel-setengah lainnya termasuk elektrolit dan elektrode positif di mana kation berpindah. Reaksi redoks akan mengisi ulang baterai. Kation akan tereduksi (elektron akan bertambah) di katode ketika pengisian, sedangkan anion akan teroksidasi (elektron hilang) di anode ketika pengisian. Ketika digunakan, proses ini dibalik. Elektrodanya tidak bersentuhan satu sama lain, tetapi terhubung via elektrolit. Beberapa sel menggunakan elektrolit yang berbeda untuk tiap sel setengah. Sebuah separator dapat membuat ion mengalir di antara sel-setengah dan bisa menghindari pencampuran elektrolit

Transistor NPN

Istilah PNP dan NPN diambil dari polaritas arus yang bekerja pada transistor. NPN artinya tipe transistor yang bekerja atau mengalirkan arus negative dengan positif sebagai biasnya. Transistor NPN mengalirkan arus negatif dari emitor menuju ke kolektor. Emitor berperan sebagai input dan kolektor berperan sebagai output apabila transistor tersebut diberikan arus positif pada basisnya.

Sebalknya transistor PNP mengalirkan arus dari emitor menuju kolektor. Emitor difungsikan sebagai input dan kolektor sebagai outpurnya jika nasisnya dialiri arus negative

Sensor CO2

Sensor CO2 digunakan sebagai sensor deteksi co2, yang sangat cocok di gunakan untuk alat emergensi sebagai deteksi gas-gas, seperti deteksi kebocoran gas, deteksi asap untuk pencegahan kebakaran dan lain lain. sangat penting untuk menghindari kejadian-kejadian yang dapat mengancam nyawa pekerja maupun hewan atau tumbuhan yang berada di sekitar area tersebut, karena beberapa jenis gas bisa sangat membahayakan.

Sensor gas dapat membaca segala jenis gas yang mematikan, seperti gas yang mudah terbakar, gas beracun, gas yang dapat menimbulkan ledakan, dn jika adanya gejala pengurangan oksigen. Sensor ini dapat kita temui di berbagai jenis perusahaan dan tempat, seperti tambang minyak dan sebagainya, alat ini juga mungkin terdapat di stasiun pemadam kebakaran. Biasanya alat ini menggunakan batere untuk beroperasi. Alat ini mengirimkan sinyal peringatan menggunakan suara atau gambaran, seperti sinar lampu flashlight ataupun alarm yang bersuara nyaring saat terdapat konsentrasi gas yang dapat membahayakan bagi area tersebut. Saat alat ini merasakan konsentrasi gas yang membahayakan melebihi level yang telah di atur pada alat tersebut, alarm atau sinyal akan diaktifkan. Pada awalnya, detektor diproduksi untuk mendeteksi hanya satu jenis gas, tetapi alat sensor modern dapat mendeteksi beberapa gas beracun atau mudah terbakar, atau bahkan kombinasi dari kedua jenis.

Sensor gas dapat di golongkan dari cara pengerjaannya (semikonduktor, oksidasi, katalis, infrared, dan lain sebagainya). Ada dua jenis sensor gas, yaitu sensor gas portable dan sensor gas yang terpasang. Jenis sensor yang pertama merupakan alat sensor yang dapat di gunakan selagi berkeliling, yang biasanya di pasang di saku, sabuk atau topi pegawai. Jenis sensor ke dua yaitu alat sensor yang telah terpasang, biasanya alat sensor ini di pasang di dekat ruang control, dan biasanya dapat membaca lebih dari satu jenis gas yang berbahaya

Sensor Alkohol

Sensor adalah sensor yang cocok digunakan untuk mendeteksi konsentrasi alkohol secara langsung. Keluaran dari sensor berupa tegangan analog yang sebanding dengan alkohol yang diterima. Spesifikasi dari sensor adalah sebagai berikut (ATMEL, 2012):

1. Mampu mendeteksi konsentrasi alkohol dengan jangkauan pengukuran 0,04 mg/L – 4 mg/L.

2. Mampu bekerja pada rentang temperatur -10°C - 50°C.

3. Memiliki tegangan sirkuit dan tegangan pemanas 5VDC dengan konsumsi daya kurang dari 750 mW.

4. Memiliki hambatan beban dan hambatan pemanas masing-masing 200 KΩ dan 33 Ω.

5. Memiliki kondisi deteksi standar pada temperatur 40°C ± 2°C dan kelembaban relatif 65% ± 5%.

6. Memiliki keluaran data analog berupa perubahan tegangan listrik sensor.

LED

LED atau singkatan dari light emmiting diode merupakan alat yang mengeluarkan cahaya, dalam hal ini kita menggunakan sebagai indicator, apakah rangkaiannya berfungsi atau tidak. Pemasangan kutub pada LED tidak boleh terbalik karena apabila kutubnya terbalik maka LED tersebut tidak akan menyala.LED memiliki karakteristik yang berbeda-beda menurut watna yang dihasilkan. Semakain tinggi arus yang mengalir pada LED maka semakin terang pula cahaya yang dihasilkan, namun perlu diperhatikan bahwa besarnya arus yang diperbolehkan adalah 10 mA – 20 mA dam pada tegangan 1.6 V – 3.5 V menurut karakter warna yang dihasilkan. Apabila arus yang mengalir lebih dari tersebut maka LED akan terbakar.

Relay

Relay adalah komponen elektronika berupa saklar elektronik yang digerakkan oleh arus listrik. Secara prinsip, relay merupakan tuas saklar dengan lilitan kawat pada batang besi atau solenoid di dekatnya. Ketika solenoid dialiri arus listrik, tuas akan tertarik karena adanya gaya magnet yang terjadi pada solenoid sehingga kotak saklar akan menutup. Pada saat rus dihentikan, gaya magnet akan dihentikan, gaya magnet akan hilang. Tuas akan kembali ke posisi semuladan kontak saklar kembali terbuka.relay biasanya digunakan untuk menggerakan arus atau tegangan yang besar

Pada dasarnya relay terdiri dari 4 komponen dasar yaitu:

Electromagnet
Armature
Switch contact point (saklar)
Spring

Kontak poin relay terdiri atas dua yaitu :

1.Normally close (NC) yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu berada di posisi close

2. Normally open (NO) yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu berada di posisi open

Logicstate

Adalah suatu ensitas dalam elektronika dan matematika boelan yang mengubah satu atau beberapa masukan logik menjadi sebuah sinyal keluaran logik. Logictate atau gerbang logika terutama diimlementasika secara elektronis menggunakan diode atau transistor, akan tetapi dapat pula dibangun menggunakan susunan komponen-konponen yang memanfaatkan sifat sifat eletromagnetik, cairan, optic, bahkan mekanik.

Motor

Terdiri atas dua bagian utama yaitu rotor dan stator. Pada tator terdapat lilitan atau magnet permanen , sedangkan rotor adalah bagian yang dialiri dengan sumber arus DC. Arus yang melalui medan magnet inilah yangdapat menyebabkan rotor dapat berputar . arah gaya electromagnet yang ditimbulkan akibat medan magnet yang dilalui oleh arus dapat ditentukan dengan menggunakan kaidah tangan kanan. Keuntungan utama motor DC adalah sebagai pengendali kecepatan , yang tidak mempengaruhi kualitas pasokan daya.

Prinsip kerja motor DC

Terdapat dua bagian utama pada sebuah motor listrik DC, yaitu stator dan rotor. Stator adalah bagian motor yang tidak berputar, bagian yang statis ini terdiri dari rangka dan kumparan medan. Sedangkan rotor adalah bagian yang berputar, terdiri dari kumparan jangkar. Pada prinsipnya motor DC menggunakan fenomena elektromagnet untuk bergerak, ketika arus listrik diberikan ke kumparan, permukaan kumparan yang bersifat utara akan bergerak menghadap ke magnet yang berkutub selatan dan sebaliknya. Karena kutub utara dan selatan kumparan bertemu maka akan terjadi saling tarik menarik yang menyebabkan pergerakan kumparan berhenti.

Untuk menggerakannya lagi, tepat pada saat kutub kumparan berhadapan dengan kutub magnet, arah arus pada kumparan dibalik. Dengan demikian, kutub utara kumparan akan berubah menjadi kutub selatan dan kutub selatannya akan berubah menjadi kutub utara. Pada saat perubahan kutub tersebut terjadi, kutub selatan kumparan akan berhadap dengan kutub selatan magnet dan kutub utara kumparan akan berhadapan dengan kutub utara magnet. Karena kutubnya sama, maka akan terjadi tolak menolak sehingga kumparan bergerak memutar hingga utara kumparan berhadapan dengan selatan magnet dan selatan kumparan berhadapan dengan utara magnet. Pada saat ini, arus yang mengalir ke kumparan dibalik lagi dan kumparan akan berputar lagi karena adanya perubahan kutub. Siklus ini akan berulang-ulang hingga arus listrik pada kumparan diputuskan.

4. Percobaan[kembali]