RESUME KALIBRASI SENSOR PADA SISTEM DATA AKUISISI ALAT UJI UNJUK KERJA TURBIN ANGIN

Nama              : Sandrina Aprianti
NIM                : 1106220006
Kelas               : TR-46-GAB
Mata Kuliah    : Instrumentasi dan Teknik Pengukuran Besaran Elektrik

KALIBRASI SENSOR PADA SISTEM DATA AKUISISI ALAT UJI UNJUK KERJA TURBIN ANGIN

1. Latar Belakang

    Turbin angin adalah komponen utama dalam pembangkit tenaga listrik berbasis angin. Untuk memastikan performanya optimal, diperlukan alat uji yang mampu mengukur parameter penting seperti tegangan, arus, dan kecepatan putar (RPM). Namun, teknologi uji turbin angin di Indonesia masih tertinggal, terutama dalam hal alat uji dan sistem data akuisisi.

    Data akuisisi (DAQ) diperlukan untuk merekam data dari berbagai sensor secara real-time dan akurat. Namun, sensor-sensor tersebut harus terlebih dahulu dikalibrasi agar pembacaan datanya sesuai dengan kondisi aktual. Oleh karena itu, penelitian ini fokus pada proses kalibrasi sensor dan pengujian akurasinya pada sistem uji turbin angin mini.

2. Tujuan Penelitian

• Mengkalibrasi sensor arus (ACS712), sensor tegangan (pembagi tegangan), dan sensor kecepatan putar (photointerrupter).
• Membuat sistem akuisisi data menggunakan NI MyRIO dan LabVIEW,
• Mengukur akurasi sensor dengan membandingkan hasil pembacaan sensor terhadap alat ukur standar (avometer dan tachometer).
• Menilai tingkat error dari sistem kalibrasi yang diterapkan.

3. Metodologi Penelitian

3.1 Alat dan Bahan

Alat dan sensor yang digunakan:

• DC Power Supply
• Avometer
• Tachometer
• Laptop + NI MyRIO 1900
• Motor DC 100W & Generator DC 150W
• Sensor ACS712 (arus)
• Sensor Photointerrupter (RPM)
• Rangkaian pembagi tegangan (10kΩ dan 100kΩ)
• Resistor beban 200Ω 20W

3.2 Proses Kalibrasi

a. Sensor Tegangan

• Menggunakan rangkaian pembagi tegangan dengan resistor 10kΩ dan 100kΩ untuk menurunkan tegangan maksimal (misalnya 20V → 5V).
• Hasil tegangan diukur dengan avometer dan dibandingkan dengan pembacaan di LabVIEW.
• Dibuat grafik dan persamaan regresi linear sebagai acuan konversi tegangan sensor ke tegangan aktual.

b. Sensor Arus (ACS712)

• Output sensor berupa tegangan analog.
• Nilai tegangan dikonversi ke arus berdasarkan titik nol (biasanya di 2,5V).
• Dikalibrasi dengan memberi variasi beban dan mencatat hasil avometer vs sensor.
• Dibuat grafik regresi linear untuk mendapatkan rumus perhitungan arus aktual.

c. Sensor RPM (Photointerrupter)

• Prinsip kerja: menghasilkan sinyal saat lubang pada counter melewati sensor.
• Dibuat program pembaca RPM dalam LabVIEW dengan logika counter.
• Dikalibrasi dengan membandingkan nilai RPM dari program dan tachometer.
• Hasil kalibrasi menunjukkan kesesuaian, tidak memerlukan regresi tambahan.

4. Pengujian Kalibrasi

    Pada penelitian ini pengujian kalibrasi dilakukan dengan cara menjalankan program dan alat uji yang telah dibuat. Untuk menghasilkan daya, maka diperlukan beban yang pada penelitian ini menggunakan resistor 200Ω dengan kapasitas 20W. Pengujian dilakukan dengan mengukur pada tegangan yang konstan, sehingga dapat diukur keakuratan hasilnya dan dapat dibandingkan dengan hasil sesuai perhitungan. 

Prosedur pengujian berdasarkan tegangan yang dihasilkan dapat diuraikan sebagai berikut : 

• Siapkan alat uji dan program data akuisisi yang telah dibuat dan dirangkai secara keseluruhan.
• Hubungkan resistor 200Ω pada keluaran generator dengan sensor arus dan tegangan. 
• Hubungkan motor dengan sumber listrik dc. 
• Jalankan motor dan atur keluaran pada sumber listrik dc hingga sensor arus menunjukkan angka 20V. 
• Amati hasil pembacaan sensor arus dan tegangan, dan catat hasilnya. 
• Bandingkan hasil pembacaan dengan hasil perhitungan. 
• Hitung eror dari hasil perbandingan. 
• Hitung rata-rata eror dari beberapa sampel hasil pengukuran.

Menghitung error pengukuran menggunakan rumus:

Hasil Pengujian (Variasi 20V)

• Diperoleh 10 data pengukuran.

• Nilai eror rata-rata: 1,85%, yang tergolong rendah dan menunjukkan sensor sudah dikalibrasi dengan baik.

5. Hasil dan Pembahasan 

5.1 Hasil Kalibrasi 

    Kalibrasi dilakukan untuk mendapatkan pembacaan yang sesuai. Pada penelitian ini kalibrasi dilakukan pada sensor arus, tegangan, dan photointerrupter. Hasil dari kalibrasi ini akan digunakan sebagai dasar dari pembuatan program data akuisisi. Berikut adalah hasil dari kalibrasi sensor-sensor yang telah dilakukan: 

a. Sensor Arus 

 Sensor arus yang digunakan pada penelitian ini adalah ACS712 5A. Berdasarkan langkah kalibrasi yang ada pada poin sebelumnya, kalibrasi diawali dengan mencatat hasil dari pembacaan pada program dan avometer yang diberikan variasi pada beberapa kondisi. Pada pengujian arus, avometer dipasangkan secara seri pada keluaran generator. Program membaca arus yang diterima dalam volt karena output dari sensor ACS712 berupa tegangan yang kemudian dibaca oleh NI MyRIO pada analog input. 

    Setelah mendapatkan hasil pengukuran, langkah selanjutnya yaitu membuat persamaan regeresi linear. Tujuan dari dibuatnya persamaan regresi linear ini yaitu untuk mengetahui rumus yang sesuai untuk melakukan perhitungan arus. Persamaan regresi linear dapat diketahui dengan membuat grafik pada aplikasi excel seperti pada Gambar. 

• Output sensor dalam bentuk tegangan → dikonversi ke arus menggunakan persamaan regresi.
• Misal: I $=mV+c$, dari hasil regresi grafik.

b. Sensor Tegangan 

    Pada pengujian ini sensor tegangan yang digunakan adalah penurun tegangan menggunakan rangkaian resistor. Berdasarkan penjelasan pada bab sebelumnya, kalibrasi dilakukan dengan mengukur input dengan avometer dan hasil baca pada program secara berkala dengan variasi beberapa variasi tegangan. 

    Setelah mendapatkan hasil pengukuran, langkah selanjutnya yaitu membuat persamaan regeresi linear. Tujuan dari dibuatnya persamaan regresi linear ini yaitu untuk mengetahui rumus yang sesuai untuk melakukan perhitungan tegangan. Persamaan regresi linear dapat diketahui dengan membuat grafik pada aplikasi excel seperti pada Gambar.

• Output sensor dari pembagi tegangan → dikalibrasi terhadap tegangan input sebenarnya.
• Persamaan regresi digunakan dalam block diagram LabVIEW.

c. Sensor RPM 

    Pada pengujian ini sensor rpm yang digunakan adalah photointerrupter. Berdasarkan hasil kalibrasi pada bab sebelumnya, kalibrasi dilakukan dengan membandingkan hasil pada program dengan pengukuran pada tachometer. 

• Kalibrasi menunjukkan hasil dari MyRIO sudah sesuai dengan tachometer.

6. Kesimpulan

• Kalibrasi telah berhasil dilakukan untuk semua sensor yang digunakan.

• Hasil kalibrasi digunakan untuk membuat sistem akuisisi data berbasis LabVIEW.

• Sistem mampu membaca dan merekam data sensor dengan akurasi yang baik.

• Error pembacaan sensor setelah kalibrasi adalah 1,85%, cukup akurat untuk keperluan pengujian turbin angin skala kecil.

    Kalibrasi sensor arus dan tegangan adalah proses penyesuaian atau verifikasi akurasi pembacaan sensor tersebut terhadap standar atau alat ukur referensi yang sudah diketahui ketelitiannya. Tujuannya supaya nilai arus dan tegangan yang dibaca sensor sesuai dengan nilai sebenarnya.

Secara umum, kalibrasi melibatkan langkah-langkah berikut:

1. Sediakan sumber tegangan dan arus yang diketahui:
   Misalnya menggunakan power supply presisi, multimeter kalibrasi, atau current/voltage source.

2. Bandingkan hasil sensor dengan alat ukur referensi:

   • Misal kamu set tegangan 5.00 V dari sumber.

   • Sensor kamu baca 4.90 V → ada error -0.10 V.

3. Hitung error/selisih:
   Error = (Pembacaan Sensor) – (Nilai Referensi)

4. Lakukan penyesuaian:
   Ada dua cara:

   • Software: Koreksi nilai pembacaan dalam program, misal dikalikan faktor atau ditambah offset.

   • Hardware: Atur trimpot atau komponen lain di rangkaian sensor.

5. Buat tabel kalibrasi
   Ukur di beberapa titik (misal 0V, 2V, 5V, 10V untuk tegangan) supaya tahu linearitas sensor.

6. Verifikasi ulang
   Setelah kalibrasi, cek lagi hasilnya apakah error sudah dalam batas toleransi yang diinginkan.

Contoh sederhana:

• Sensor arus ACS712 mengeluarkan 2.5 V saat arus = 0 A. Ini disebut offset.

• Saat arus 5 A, sensor seharusnya output 2.5 V + (5 A × sensitivitas).

• Kalau ternyata beda, maka perlu dikalibrasi agar pembacaan pas.