Prosiding Pertemuan Ilmiah Sains Materi 1996.

PERANCANGAN DAN PEMBUATANSISTEM PENGUKURAN KARAKTERISTIK BAHAN FERROMAGNETIK

BERBASIS MIKROKONTROLER 80311

3Mitra Djamal2 dan Pandji Gotama

ABSTRAKPERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM PENGUKURAN KARAKTERISTIK BJiliAN

FERROMAGNETIK BERBASIS MIKROKONTROLER 8031. Karakterisasi bahan magnetik penting untuk mengetahui sifatmagnetik bahan tersebut sehingga dapat digunakan secara efektif dan efisien. MisaInya: pita kaset, diskette, magnet tetap,elektromagnet, inti transfonnator, dan lain-lain membutuhkan bahan ferromagnetik dengan karakteristik tertentu. Alat untukmengukur karakteristik bahan ferromagnetik disebut Hysteresis-Curve Tracer. Pada dasamya alat ini terdiri dari penghasil medanyang akan diberikan pada bahan dan pengukur rapat fluks pada bahan, dan biasanya dilengkapi dengan plotter atau display unrukmenampilkan basil pengukuran berupa kurva histeresis. Pada makalah ini akan dibahas perancangan dan pembuatan hysteresis-curve tracer berbasis mikrokontroler 8031.

ABSTRACTDESIGN AND PRODUCT OF MEASURMENT SYSTEM FOR CHARACTERIZATION OF

FERROMAGNETIC MATERIALS BASED ON MICROCONTROLLER. Magnetic materials characterisation is im]portantfor determine of its magentic properties, so that it can effectively and efficiently used. For example, audio tape, magnetic Silorage-disk, fixed magnets, electromagnets, transforrnator core, etc. needs ferromagnetic materials with certain charact~:ristics.Ferromagnetic material characterisation device called Hysteresis-Curve Tracer. Basically, hysteresis-curve tracer consist ofmagnetic field generator and some device to measure the magnetic flux density, and usually includes a plotter or display sy![em toview graphical representation of the curve. This paper will discussed a research on design and making of 803 I-based hySiteresis-curve tracer.

Dasar perancangan 'daD diagram blok alai.Perancangan ini merujuk pad:l [1]

daD [2]. Perhatikan hubungan antara rnedanH luar dengan rapat fluks B dalam bahanpada gambar 1. Pada suatu harga H tertentu,misalkan H] ditambahkan suatu rnedan

gangguan kecil AH] yang menimbulkan rapat

fluks B]+AB]. Pada kumparan pencuplik

akan timbul tegangan akibat AB]. Jikagangguan AH) cukup kecil, maka

~=~

PENDAHULUANKarakteristik bahan ferromagnetik

ditunjukkan berupa kurva yang menunjukkanhubungan antara rapat fluks yang timbul padabahan jika diberi medan magnet tertentu.Kurva tersebut diperoleh dengan memberikanmedan magnet pada bahan, yang besarnyaberubah membentuk gelombang segitigaterhadap waktu. Bersamaan dengan itudiukur rapat fluks magnet yang timbul dalambahan untuk setiap harga medan magnet yangdiberikan.

Medan magnet dapat dihasilkandengan mengalirkan arus pada kumparanyang dililitkan pada bahan yang akan diukur.Jika kita lilitkan sebuah kumparan lain(kumparan pencuplik, pick-up coil), padakumparan tersebut akan timbul teganganyang sebanding dengan perubahan rapat fluksterhadap waktu yang terjadi pada bahan.Dengan teknik seperti ini, akan terjadimasalah jika medan magnet yang diberikanberubah dengan lambat terhadap waktu, yangmengakibatkan perubahan rapat fluks dantegangan pada kumparan pencuplik yangkecil.

~. dR.adalah kemiringan kurva pada H.

B

H

Pengaruh perubahan kecil Bterhadap B

Gambar 1

1 Dipresentasikan pada Pertemuan Ilmiah Sains Materi (pISM) 19962 StafPengajar di Jumsan Fisika FMlPA-ITB3 StafPeneliti di Laboratorium Elektronika dan Instmmentasi Jumsan Fisika FMIPA-ITB

337

Satu siklus pengukuran dilakukandengan memberikan perubahan medanmagnet loar daTi daTi Dol kemudian naik(secara linier) sampai harga tertentu (Hrnab),kemudian turun (juga secara linier) sampaiberlawanan dengan Hrnab, dan naik kembalisampai Hmaks. Untuk beberapa siklus, medanloar berubah menurut bentuk gelombangsegitiga yang dimodulasikan dengan isyaratgangguan.

Gambar 4: Diagram blok alat

Jika dilakukan gangguan untuk samsiklus pengukuran maka akan diperolehkurva seperti pada gambar 2, merupakandistribusi tegangan di kumparan pencuplikyang sebanding dengan besar kemiringankurva karakteristik. Untuk mendapatkan kurvahisteresis, kurva pada gambar 2 diintegralkansehingga dihasilkan kurva pada gambar 3.

Berdasarkan rancangan tersebut,disusun rangkaian dan peralatan sepertiditunjukkan pada diagram blok gambar 4.

?

CARA KERJA ALA TMikrokontroler 8031[3,4] digtlOakan

sebagai basis sistem pengukuran. Ran,gkaianmikrokontroler mengatur arus untuk siklus-siklus pengukuran dan mencatat te~~anganpada kumparan pencuplik untuk setiapi besararus yang diberikan. Untuk keperluan iniditambahkan rangkaian DAC dan ADC, dandibuat perangkat lunak yang akan mengatursistem pengukuran.

Keluaran DAC berupa lisyarattegangan segitiga dijumlahkan dengan ilsyaratsinusoida kecil. Hasil penjumlahan teganganini dimasukkan sumber arus dan p<:nguatarus. Arus keluaran rangkaian ini dia.lirkanke kumparan penghasil medan yangdiberikan pada sarnpel.

.Pada sampel yang akan dikarak-terisasi dililitkan dua buah kumparan, yaitukumparan penghasil medan dan kumparanpencuplik. Pada penelitian ini sampel daDkedua kumparan digantikan dengan sebuahtransformator.

Tegangan dari kumparan pencuplik,dicuplik daD ditapis dengan tapis lolos pita(band-pass filter) untuk menghilangkannoise. Jika diperlukan, sebelumnya dipasangbuffer op-amp agar isyarat keluaran tidakterbebani oleh rangkaian tapis. Keluarantapis disearahkan dengan penyearah presisiagar dapat diolah dengan ADC unipolar yangdihubungkan dengan mikrokontroler.

4 71 I /1 .

338

Sampel II, V terhadap I (Imax = 1.2 A)Data pengukuran dikirimkan darimikrokontroler ke PC melalui port serial[5].Pada PC kemudian dilakukan proses integrasinumerik dan penampilan basil pengukuran.Untuk itu dibuat perangkat lunak untukmenangani komunikasi serial dan pengolahandata serta penampilan basil pengukuran.

RASa PENGUKURANBerikut ini ditampilkan basil peng-

ukuran dua buah sampel. Masing-masing di-tampilkan plot V (keluaran rangkaian pen-cuplik) terbadap I yang diberikan dan B(hasil perhitungan) terbadap I. Sampel Iadalah transformator dengan barns arus I A,sedangkan Sampel II adalah transformatordengan barns arus 5 A.

Sarnpel II, B terhadap I (ImaJ( = 1.2 A)Sampel I, V terhadap I (Imax = 0.8 A)

Sampel I, B terhadap I (Imax = 0.8 A) Karena sampel daD kumparan yangdigunakan digantikan dengan suatutransformator, belum dapat ditellltukanbesaran-besaran karakteristik bahanferromagnetik yang diukur.

Dengan arus maksimum yang relatifkecil, tidak dapat dicapai keadaan sclturasipada Sampel II, sedangkan pada saIJllpel Idapat dicapai keadaan saturasi. Medarl yanglebih besar dapat dihasilkan denganmemodifikasi bagian sumber arus danpenguat arus.

339

KESIMPULANBerbasis mikrokontroler 8031 dapat

dirancang daD dibuat peralatan karakterisasibahan ferromagnetik. Alat dapat dibuatuntuk mengukur medan rendah maupunmedan tinggi dengan memodifikasi sumberarus dan penguat arus di bagian pembangkitmedan magnet.

DAFTAR PUSTAKA1. BACHfERA INDARTO, Pemanfaatan

MPF-I don IBM-PC untuk MendapatkanKurva Hiteresis don BesaranKarakteristik Inti Transformator,

Laporan Tugas Akhir, Jurusan FisikaInstitut Teknologi Bandung, 1988..

20 DAVID W. COLLINSON, MetJ2ods inRock Magnetism and Palaeomagnetism:Techniques and Instrumei'1tation,Chapman and Hall, 1983.

30 Intel Corporation, 8-Bit EmbeddedController Handbook, Santa Clara, CA,1989.

4. Intel Corporation, Embedded CoJ'1troJ/erAplication Handbook, Santa Clmoa, CA,1989.

50 IBM Corporation, IBM PC/AT Te,cJinicalReference, Boca Raton, FL, 1984.

340