## ABSTRAK
Kerusakan  pada  alat  ukur  suhu  infrared  thermometer  mempengaruhi  kualitas  pengukuran,  yang  disebabkan jatuh, terbentur, maupun umur dari alat ukur. Kalibrasi alat ukur dibutuhkan untuk mengetahui akurasi terhadap hasil  pengukuran.  Tujuan  dari  penelitian  ini  merancang  alat  kalibrasi  pengukur  suhu  berbasis  digital.  Metode yang  dilakukan  pembuatan  alat  kalibrasi  pengukur  suhu  berbasis  digital  temperatur  menggunakan  VDI  2221 ( verein  deutscher  ingenieure ),  persatuan  insinyur  Jerman.  Dari  hasil  penelitian  yang  dilakukan  alat  kalibrasi pengukur suhu mendapatkan data koreksi sebesar 0.1 o C. Alat kalibrasi dengan benda kerja didapatkan nilai 0.4 o C. Adapun hasil pengujian sesuai dengan fungsinya dengan menggunakan alat pemanas temperatur 50 o C, 75 o C, 100 o C.
Kata Kunci Kalibrasi, Sistem kontrol,sensor, panci pemanas, pengukur suhu.

## ABSTRACT
Damage to the infrared thermometer temperature meter affects the quality of the measurement, which is caused by  falls,  bumps,  and  the  age  of  the  measuring  instrument.  Measuring  instrument  calibration  is  needed  to determine  the  accuracy  of  the  measurement  results.  The  purpose  of  this  research  is  to  design  a  digital-based temperature measuring calibration tool. The method used is the manufacture of a temperature measuring device calibration based on digital temperature using VDI 2221 (Verein Deutscher Engineer), the German Engineers Association.  From  the  results  of  research  carried  out  using  temperature  measuring  calibration,  the  correction data obtained is 0.1 o C. The calibration tool with the workpiece obtained a value of 0.4 o C. The test results are under their function by using a heating device with a temperature of 50 o C, 75 o C, 100 o C.
Keywords: Calibration, control system, sensor, heating pan, temperature gauge

## 1. PENDAHULUAN
Termometer adalah alat yang dipergunakan untuk mengukur suhu atau alat yang digunakan untuk mengetahui  nilai  satuan  panas  suatu  benda.  Dalam  kehidupan  kita  sehari-hari  dibutuhkan  untuk mengetahui  suhu  ruangan.  Perkembangan  teknologi,  saat  ini  memasuki  revolusi  industri  4.0  alat pengukur  suhu  sudah  menggunakan  media  proteksi  dengan  sinar  infrared,  yang  banyak  memiliki kelebihan.  Suhu  merupakan  suatu  besaran  yang  menunjukkan  derajat  panas  dari  suatu  benda,  benda yang panas akan menunjukkan suhu yang tinggi dibandingkan benda yang lebih dingin [1][2].
ISSN 2087-3336 (Print) | 2721-4729 (Online)
TEKNOSAINS: Jurnal Sains, Teknologi dan Informatika Volume 8, Nomor 2, Juli 2021, hlm 109-116 http://jurnal.sttmcileungsi.ac.id/index.php/tekno DOI: 10.37373

## RANCANG BANGUN ALAT KALIBRASI PENGUKUR SUHU BERBASIS DIGITAL TEMPERATURE CONTROLLER

## DESIGN AND DEVELOPMENT OF TEMPERATURE CALIBRATION BASED ON DIGITAL TEMPERATURE CONTROLLER
Firmansyah Azharul 1 , Rahmawati 2 , Choiruddin 3 , Wilarso 4*
1,2,4* Program Studi Teknik Mesin, Sekolah Tinggi Teknologi Muhammadiyah Cileungsi
3 Program Studi Teknik Industri, Sekolah Tinggi Teknologi Muhammadiyah Cileungsi
1,2,3,4* Jl. Anggrek No. 25, Perum PTSC, Cileungsi, Bogor, Jawa Barat-Indonesia 16820
*Koresponden Email: wilarso@sttmcileungsi.ac.id

## RANCANG BANGUN ALAT KALIBRASI PENGUKUR SUHU BERBASIS DIGITAL TEMPERATUR CONTROLLER
Infrared thermometer atau disebut juga thermometer laser, banyak membantu aktivitas kehidupan kita  sehari-hari  karena  memiliki  banyak  kelebihan  diantaranya,  mampu  mengukur  suhu  suatu  benda secara cepat dan akurat tanpa harus menyentuh objek yang akan diukur. Selain itu thermometer laser juga mampu mengukur suhu suatu benda dengan objek yang bergerak cepat di tempat yang jauh dan sulit  dijangkau,  dan  juga  mampu  mengukur  suhu  lingkungan  yang  berbahaya,  panas  dan  bisa  juga digunakan  untuk  kebutuhan  menghindari  kontaminasi  objek  seperti  :  makanan,  alat  media,  obat- obatan, produk atau tester.
Pengamatan  parameter  cuaca  adalah  aktivitas  rutin  bagi  para  observer,  baik  dengan  alat-alat konvensional  maupun  secara  otomatis  dengan  bantuan  alat  digital.  Masing-masing  metode pengamatan  mempunyai  kelemahan  dan  kelebihannya  tersendiri.  Alat  otomatis  mempermudah pengamat  dalam  pengumpulan  data,  terutama  saat  melakukan  pengamatan  di  luar  taman  alat  dan berpindah  lokasi.  Alat portable memiliki  kelebihan  dalam  ukuran  dan  efektifitas  penggunaan  tanpa mengurangi keandalan seperti alat-alat konvensional.
Dalam perancangan alat kalibrasi pengukur suhu berbasis digital temperature controller dengan menggunakan  pemanas  air[3].  Sensor  yang  dipergunakan Resistance  temperature  detector (RTD) PT100  type  K  (rata-rata  kinerja  -2 o C-420 o C),  dan  menggunakan  komponen heater dengan  daya  500 Watt.  Tujuan  dalam  penelitian  ini  merancang  alat  kalibrasi  suhu,  untuk  meminimalkan  ketidak akuratan alat yang dipergunakan[4][5] .
Dalam penelitian ini dirancang dan dibuat sebuah alat portable pengukur suhu, kelembaban dan tekanan udara[6]. Keluaran dari alat ini adalah pembacaan suhu, kelembaban dan tekanan udara secara realtime yang ditampilkan di LCD dengan pewaktuan dari RTC dan dapat dikirim ke komputer untuk keperluan penyimpanan data[7].
Karena  kelemahan  termometer  merkuri  tradisional,  seperti  waktu  pengukuran  yang  lebih  lama dan  kebutuhan  kontak  dengan  tubuh  manusia,  termometer  yang  menggunakan  sensor  infra  merah untuk mendeteksi suhu tanpa kontak dirancang. Sensor suhu Inframerah MLX90614 dirancang untuk mengumpulkan  suhu  manusia  atau  objek  oleh  SCM  untuk  memproses  suhu  menjadi  layar  LCD  dan alarm  saat  suhu  berlebih[8].  Menggunakan  desain  perangkat  lunak  untuk  menyelesaikan  kontrol sistem.  Termometer  pintar  dapat  mencapai  pengukuran  non-kontak,  letakkan  termometer  di  dahi selama  beberapa  detik  untuk  mendapatkan  suhu  tubuh,  untuk  alarm  setelah  nilai  yang  ditetapkan terlampaui. Rentang suhu desain adalah 0-55 ℃, dan resolusi suhu 0.1 ℃[9].
Gambar 1. Pengontrolan close loop .
Dalam  penelitian  ini  dibuat  rancang  bangun  alat  pengukur  suhu  tubuh  berbasis  arduino  yang memiliki  alarm  pengingat  jika  suhu  tubuh  berada  diatas  angka  37.30  dan  terhubung  ke  perangkat komputer  melalui bluetooth .  Alat  pengukur  suhu  tubuh  ini  memanfaatkan  sensor  DS18B20  untuk mengukur  suhu  dalam  satuan  celcius  (0C)[10].  Data  suhu  tubuh  juga  ditampilkan  pada  LCD  16x2 (cm) yang terdapat pada alat. Hasil pengujian alat ukur suhu tubuh dibandingkan dengan thermogun dan memiliki rentang penyimpangan 1.16% - 2.02%. Alat pengukur suhu tubuh ini diharapkan dapat
dipasang  di  tempat-tempat  umum  yang  membutuhkan  untuk  melakukan  pemeriksaan  terhadap masyarakat yang akan beraktivitas di ruangan tersebut, operator dapat berdiri di meja kendali sehingga tidak kontak langsung dengan masyarakat [11].

## 2. METODE
Metode  dalam  penelitian  ini  menggunakan  sistem  pengendali close  loop ,  adapun  luaran  yang dihasilkan  dapat  menjadi  pembanding  dengan  input  berdasarkan  umpan  balik.  Gambar  1  dijelaskan diagram  blok  sistem  pengontrolan close  loop dan  alat  kalibrasi  pengukur  suhu.  Sedangkan  tujuan menggunakan  sistem  PID  pada  alat  kontrol  temperatur  adalah  untuk  mempercepat  pencapaian set point [12].
Prinsip  dari  panci  pemanas  pada  saat  posisi  on,  dimana  sumber  listrik  mengalir  maka heater bekerja.  Dimana heater yang  dialiri  arus  listrik  akan  menghasilkan  panas,  pada  temperatur  tertentu suhu  air  akan  meningkat. Sensor  panas pada heater untuk  mendeteksi temperatur  air  telah  mencapai suhu  tertentu,  sehingga  arus  listrik  akan  putus,  untuk  menghindari  suhu  meningkat  dan  bisa mengakibatkan  ledakan  pada  panci[13].  Proses  perancangan  wujud  alat  kalibrasi  pengukur  suhu dilakukan  dengan  mengikuti  diagram  alir  seperti  ditunjukkan  pada  gambar  2.  Proses  perancangan wujud dimulai dari pemilihan bahan atau spare part pada bagian-bagian alat utama antara lain:

## 2.1 Diagram blok alat kalibrasi pengukur suhu
Gambar 2. Diagram alat kalibrasi pengukur suhu.
Pada  Gambar  3  diagram  alat  kalibrasi  pengukur  suhu,  yang  menggunakan  panci  sebagai  wadah air  ( waterbath ),  yang  dipanaskan  sampai  suhu  tertentu,  pemanas  air  menggunakan heater yang dikendalikan  oleh temperature  control melalui  solid  state  relay  contact [14].  Dari  sistem  relay konvensional  diubah  ke Solid  State  Relay  (SSR) ,  kelebihan  sistem  ini  menggunakan output semikonduktor bukan  lagi  kontak  secara  mekanik  untuk  membuka  dan  menutup  arus  atau power supply .  Jadi  kelebihannya  kemungkinan  terjadi lost kontak  tidak  ada, power  supply ke  elemen pemanas ( heater) lebih akurat dan stabil [15].
a. Desain komponen alat keseluruhan.
1. Box. 2. Cap. 3. Digital control temperatur PXR 5.
4. Kabel AC. 5. Fuse. 6. On Of Switch. 7. Socket AX. 8. SSR Relay. 9. Sensor Suhu. 10. Kaki

## RANCANG BANGUN ALAT KALIBRASI PENGUKUR SUHU BERBASIS DIGITAL TEMPERATUR CONTROLLER
b. Desain wiring elektrik.
Pada gambar 4 desain wiring eletrik dalam rancang bangun alat kalibrasi pengukur suhu.
Gambar 4. Desain wiring elektrik .

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Untuk  menghasilkan  periode  proporsional  yang  menghasilkan  suatu  nilai  luaran  sebagai pembanding  nilai  kesalahan,  karena  nilai  luaran  berbanding  lurus  terhadap  nilai  kesalahan.  Respon dari  sistem  yang  telah  dibuat  untuk  mengatur  kesalahan  ( error )  terhadap  nilai  konstanta  Kp,  yang disebut juga konstanta gain proporsional atau gain kontroler yang dijelaskan pada gambar 5.
Gambar 5. Grafik reference signal dan waktu dengan nilai 3 Kp (Kd, Ki harus konstan).
Nilai gain yang besar akan  menghasilkan nilai perubahan besar terhadap luaran nilai kesalahan. Jika nilai gain terlalu tinggi, maka akan mempengaruhi sistem yang tidak stabil, dan sebaliknya kalau gain  nilai  rendah,  akan  mengakibatkan  respon  yang  rendah  terhadap  luaran.  Sehingga  perlu  suatu kontroler untuk meningkatkan responsive , supaya tidak mengganggu terhadap sistem yang berjalan.

## 3.1 Periode integral.
Gambar 6. Grafik reference signal.
Nilai  term  integral  menghasilkan  nilai  berbanding  lurus  terhadap  besar  lamanya  error.  Integral yang  dihasilkan  oleh  kontroler  PID  mempunyai  jumlah  error  setiap  waktu.  Sedangkan  untuk mengakumulasi offset yang  dikoreksi.  Periode  suatu  integral  dapat  mempercepat  perpindahan  suatu proses  pada  s etpoint dan  dapat  menghilangkan steady  state  error .  Respon  terhadap  integral mendapatkan  respon error yang  terakumulasi  yang  sebelumnya  diperhitungkan  dan  bisa mengakibatkan overshoot yang dijelaskan pada gambar 6.
3.2 Periode derivative
Gambar 7. Grafik reference signal dan waktu Kd.
Suatu  turunan error mempunyai  proses  dalam  perhitungan,  dan  untuk  menentukan  dalam  hal kemiringan  error,  dibutuhkan  waktu  dan  mengalikan  setiap  perubahan  waktu  dan  gain  derivatif  Kd. Adapun  aksi  derivative  mempunyai  prediksi  perilaku  pada  sistem  yang  untuk  memperbaiki  waktu tinggal dan agar stabil sistem yang dipergunakan.
3.3 Hasil pengujian alat kalibrasi dengan alat standar.
RANCANG BANGUN ALAT KALIBRASI PENGUKUR SUHU BERBASIS DIGITAL TEMPERATUR CONTROLLER
Dari hasil pengujian didapatkan nilai koreksi pada set point yang berbeda-beda. Sedangkan hasil pengukuran pada alat kalibrasi pengukur suhu mampu bekerja dengan baik.
Tabel 1. Hasil pengukuran alat kalibrasi dengan alat standar.
Pengukuran suhu (°C) Actual pengukuran (°C) Penunjukan (°C) Koreksi 50 49,6 49,7 0,1 49,6 49,7 0,1 49,7 49,8 0,1 49,8 49,9 0,1 49,9 50,0 0,1 75 74,4 74,6 0,2 74,5 74,6 0,1 74,6 74,7 0,1 74,7 74,8 0,1 74,9 75,1 0,2 100 99,3 99,4 0,1 99,4 99,5 0,1 99,5 99,6 0,1 99,7 99,9 0,2 99,8 100,1 0,2
Digital  temperature  controller dapat  mengontrol  temperatur  sesuai  dengan setting  point . Sedangkan sensor temperatur dapat mendeteksi kenaikan temperatur air untuk memberikan  masukan dan digital  temperature  controller. Elemen  pemanas  yang  dipergunakan  pada  actuator  mampu memberikan  perintah  kepada digital  temperature  controller. Dari  nilai  alat  ukur  yang  dipergunakan pada tool kalibrasi pengukur suhu dengan alat standar (multi tester calibrator ) di setpoint 50 o C, 75 o C, 100 o C yaitu 0.1 o C.
3.4 Hasil pengujian alat kalibrasi dengan benda uji.
Pada saat pengukuran benda kerja jarak yang efektif adalah kurang lebih 6 sampai 10 cm, karena jarak  sangat  mempengaruhi  akurasi  hasil  bacaan  benda  kerja.  Posisi  pengukuran  atau  pancaran sinar laser  infrared harus  tepat  pada  permukaan  air  yang  dipanaskan.  Untuk  menaikkan  suhu  dari  suhu ruang  kalibrasi  25  °C  sampai  100  °C  membutuhkan  waktu  20  menit.  Kestabilan  bacaan  dari  setting point yang telah ditentukan naik atau turun temperatur, membutuhkan waktu sekitar 3  -5 menit, baru bacaan  temperatur  pada  display  alat  kalibrasi  stabil.  Berikut  ini  adalah  tabel  hasil  pengujian  alat kalibrasi dengan benda kerja atau unit under test .
Dari  hasil  pengukuran  alat  kalibrasi  pengukur  suhu  dengan  benda  kerja  atau unit  under  test didapat dengan nilai rata-rata dari set point 50 °C, 75 °C, 100 °C adalah 0,4 °C. Koreksi tersebut dapat digunakan sebagai set point suhu atau catatan, agar suhu yang diinginkan dapat dicapai
Tabel 2. Hasil pengukuran alat kalibrasi dengan benda kerja.
Pengukuran suhu (°C) Actual pengukuran (°C) Penunjukan (°C) Koreksi 50 49,2 49,7 0,5 49,2 49,7 0,5 49,4 49,8 0,4 49,4 49,9 0,5 49,5 50,1 0,6 75 74,3 74,6 0,3
74,3 74,7 0,4 74,4 74,8 0,4 74,4 74,8 0,4 74,5 75,0 0,5 100 99,3 99,6 0,3 99,3 99,7 0,4 99,4 99,7 0,3 99,6 99,9 0,3 99,8 100,1 0,3

## 4 SIMPULAN.
Periode proporsional menghasilkan nilai keluaran yang berbanding lurus dengan nilai kesalahan. Responnya dapat diatur dengan mengalikan kesalahan (error) dengan konstanta Kp, disebut konstanta gain proporsional atau gain kontroler. Peranan dari term integral berbanding lurus dengan besar dan lamanya error . Integral dalam kontroler PID adalah jumlahan error setiap waktu dan mengakumulasi offset yang  sebelumnya  telah  dikoreksi. Error terakumulasi dikalikan  dengan gain integral Ki dan menjadi keluaran kontroler. Turunan error pada proses dihitung dengan menentukan kemiringan error setiap  waktu  dan  mengalikan  perubahan  tiap  waktu  dengan gain  derivatif Kd .  Aksi  derivatif memprediksi  perilaku  sistem  dan  kemudian  memperbaiki  waktu  tinggal  dan  stabilitas  sistem. Pengujian  didapatkan  bahwa  koreksi  rata-rata  pada  setiap  set  point  berbeda-beda.  Hasil  dari pengukuran  tersebut  alat  kalibrasi  pengukur  suhu  mampu  bekerja  dengan  baik. Digital  temperature controller mampu melakukan pengontrolan suhu sesuai seting point . Sensor suhu mampu mendeteksi suhu air dan memberikan input pada digital temperature controller. Elemen pemanas sebagai actuator mampu  bekerja  berdasarkan  perintah  dari digital  temperature  controller. Hasil  pengukuran  alat kalibrasi pengukur suhu dengan alat standar (multi tester calibrator ) didapat dengan nilai rata-rata dari set point 50 °C, 75 °C, 100 °C adalah 0,1 °C. Koreksi tersebut dapat digunakan sebagai setting point suhu, agar suhu yang diinginkan dapat dicapai. Hasil pengukuran alat kalibrasi pengukur suhu dengan benda  kerja  atau unit  under  test didapat  dengan  nilai  rata-rata  dari set  point 50  °C,  75  °C,  100  °C adalah  0,4  °C.  koreksi  tersebut  dapat  digunakan  sebagai setting  point suhu  atau  catatan,  agar  suhu yang diinginkan dapat dicapai.

## REFERENSI
[1] M. Safitri, “NON-CONTACT THERMOMETER BERBASIS INFRA MERAH,” vol. 10, no. 1, pp. 21–26, 2019.
[2] L.  M.  Fonseca,  “Industry  4.0  and  the  digital  society:  concepts,  dimensions  and  envisioned benefits,” Proc. Int. Conf. Bus. Excell. , vol. 12, no. 1, pp. 386–397, 2018.
[3] I. Masfufiah, “Perancangan Pemanas dan Pengontrol Suhu Sesuai Kondisi Pada Mulut Manusia Berbasis Mikrokontroler Arduino Uno,” J. IPTEK , vol. 23, no. 1, pp. 25–30, 2019.
[4] P. D. A. N. Simulasi, “Kalibrasi Sensor Temperatur Dengan Metoda,” vol. 10, no. 2, pp. 131– 137, 2011.
[5] S.  Pada,  K.  Mencapai,  and  H.  Sardjono,  “PERANCANGAN  CHAMBER  DENGAN  SUHU TERKONDISI UNTUK FREKUENSI,” pp. 45–60, 2011.
[6] E. Engineering, “PORTABLE WEATHER STATION DESIGN,” pp. 1–9.
[7] A.  P.  Putera  and  K.  L.  Toruan,  “Rancang  Bangun  Alat  Pengukur  Suhu,  Kelembaban  Dan Tekanan  Udara  Portable  Berbasis  Mikrokontroler  Atmega16,” J.  Meteorol.  Klimatologi  dan Geofis. , vol. 3, no. 2, pp. 42–50, 2016.
[8] T. U. Urbach and W. Wildian, “Rancang Bangun Sistem Monitoring dan Kontrol Temperatur Pemanasan Zat Cair Menggunakan Sensor Inframerah MLX90614,” J. Fis. Unand , vol. 8, no. 3, pp. 273–280, 2019.

## RANCANG BANGUN ALAT KALIBRASI PENGUKUR SUHU BERBASIS DIGITAL TEMPERATUR CONTROLLER
[9] J. Zhang, “Development of a Non-contact Infrared Thermometer,” vol. 153, no. Aetr 2017, pp. 308–312, 2018.
[10] M. Arduino et al. , “Jurnal Ilmiah Wahana Pendidikan,” vol. 7, no. 1, 2021.
[11] R.  Wulandari,  “Rancang  Bangun  Pengukur  Suhu  Tubuh  Berbasis  Arduino  Sebagai  Alat Deteksi Awal Covid-19,” Pros. SNFA (Seminar Nas. Fis. dan Apl. , vol. 5, pp. 183–189, 2020.
[12] I. T. Management, H. Management, M. Science, and M. Science, “Trpm2 1 , 3 1 , 3,” vol. 5, no. 3, p. 2018, 2018.
[13] A.  Megido  and  E.  Ariyanto,  “Sistem  Kontrol  Suhu  Air  Menggunakan  Pengendali  Pid.  Dan Volume Air Pada Tangki Pemanas Air Berbasis Arduino Uno,” Gema Teknol. , vol. 18, no. 4, p. 21, 2016.
[14] A.  Harshika,  “Real  Time  Based  Temperature  Control  Using  Arduino,” Int.  J.  Innov.  Eng. Technol. , vol. 8, no. 2, pp. 209–216, 2017.
[15] A. Ramadhani, “Water Temperature Control Using PID Control System Based on LabVIEW,” Telekontran  J. Ilm. Telekomun. Kendali dan Elektron. Terap. , vol. 4, no. 2, pp. 35–46, 2016.