## KARAKTERISASI PENGARUH PENGHALANG BOLA BESI TERHADAP MEDAN MAGNET, UNTUK PEMANFAATAN ALAT UKUR VISKOSITAS FLUIDA METODE BOLA JATUH MENGGUNAKAN
SENSOR HALL EFFECT UGN 3503
M. Firdaus A. Program Studi Teknik Elektro Fakultas Industri dan Kebumian Universitas Sains dan Teknologi Jayapura Email : daud.ustj@yahoo.com

## ABSTRAK
Karakterisasi sensor hall effect UGN 3503 terhadap pengaruh penghalang bola besi dari medan magnet,  bertujuan  sebagai  penyempurnaan  perancangan  alat  pengukuran  viskositas  fluida dengan metode bola jatuh. Sensor hall effect UGN 3503 yang digunakan adalah sensor medan magnet, yang perlu dilakukan penelitian untuk menemukan karakteristik sensor tersebut terhadap persebaran  medan  magnet  pengaruh  penghalang  bola  besi  agar  dapat  digunakan  untuk keperluan perancangan alat ukur viskositas fluida . Karakterisasi dilakukan dengan mendekatkan sensor  hall  effect  UGN  3503  pada  sumber  magnet  batang  permanen  Niodinium,  dan memposisikan bola besi diantara keduanya dengan variasi volume bola besi dan variasi jaraknya secara vertikal dan horizontal dari sisi sensor. Penelitian ini dimaksudkan untuk mengetahui besar keluaran  sensor    serta  kuat  medan  magnet  terhadap  variasi  jarak  dan  volume  bola  besi. Pengambilan data dilakukan sebanyak 3 kali percobaan. Hasil penelitian variasi volume dan jarak bola secara horizontal atau sejajar diantara sensor dan magnet menunjukkan bahwa pada jarak 30 mm antara sensor dan magnet, variasi jarak bola besi yang semakin dekat dengan sensor dan volume bola besi yang lebih besar, dalam hal ini digunakan ukuran bola besi berdiameter 14 mm, diperoleh keluaran rata-rata kuat medan magnet sebesar 92 Gs s/d 124.667 Gs,  sehingga baik digunakan untuk keperluan perancangan alat ukur viskositas fluida metode bola jatuh. Sedangkan pada variasi volume dan jarak bola secara vertical atau tegak lurus terhadap sumbu sejajar antara Sensor  dan  magnet,  dengan  jarak  20  mm  dari  magnet,  menunjukkan  keluaran  kuat  medan magnet sebesar 78.3 Gs s/d 133.33 Gs pada percobaan bola besi berdiameter 14 mm, dengan puncak  kuat  medan  pada  jarak  vertikal  bola  besi  antara  8-13  mm  atau  5  mm  dibawah  sumbu sejajar antar sensor dan magnet. Sensor dapat mendeteksi adanya medan magnet dengan lebih baik ketika sumber medan magnet memiliki arah yang tepat dengan sensor dan jika berada pada medan magnet  yang  luas.  Posisi  bola  besi  yang  berbeda,  dan  ukurannya  mempengaruhi  hasil pengukuran keluaran sensor dan besar kuat medan magnet.
Kata Kunci : efek hall, UGN 3503, medan magnet, viskositas fluida.

## ABSTRACT
The characterization of the UGN 3503 hall effect sensor on the influence of the iron ball barrier from the magnetic field aims to improve the design of a tool for measuring fluid viscosity using the falling ball method. The UGN 3503 hall effect sensor used is a magnetic field sensor, research
needs to be carried out to find the characteristics of this sensor regarding the distribution of the magnetic field under the influence of iron ball barriers so that it can be used for designing fluid viscosity measuring instruments. Characterization was carried out by bringing the UGN 3503 hall effect sensor closer to a Niodinium  permanent bar  magnet source, and positioning an iron ball between the two with variations in the volume of the iron ball and variations in distance vertically and horizontally from the sensor side. This research is intended to determine the size of the sensor output and the strength of the magnetic field with respect to variations in distance and volume of the iron ball. Data collection was carried out 3 times. The results of research on variations in the volume and distance of the ball horizontally or parallel between the sensor and the magnet show that at a distance of 30 mm between the sensor and the magnet, variations in the distance of the iron ball are closer to the sensor and the volume of the iron ball is larger, in this case the size of the iron ball is used with a diameter of 14 mm, an average magnetic field strength output of 92 Gs to 124,667 Gs is obtained, so it is good to use for designing a fluid viscosity measuring instrument using the falling ball method. Meanwhile, variations in the volume and distance of the ball vertically or perpendicular to the parallel axis between the sensor and the magnet, with a distance of 20 mm from the magnet, show a magnetic field strength output of 78.3 Gs to 133.33 Gs in the 14 mm diameter  iron  ball  experiment,  with  a  peak  field  strength  at  a  vertical  distance  of  the  iron  ball between 8-13 mm or 5 mm below the parallel axis between the sensor and the magnet. The sensor can detect the presence of a magnetic field better when the magnetic field source is in the right direction with the sensor and if it is in a wide magnetic field. The different positions of the iron balls and  their  sizes  affect  the  measurement  results  of  the  sensor  output  and  the  strength  of  the magnetic field.
Keywords : Hall effect, UGN 3503, magnetic field, fluid viscosity.

## 1.     PENDAHULUAN
Salah  satu  penunjang  kemajuan  Ilmu pengetahuan  dan  teknologi  dalam  fisika  adalah perkembangan  peralatan  laboratorium  sekolah. Dalam  penggunaannya  peralatan  laboratorium sekolah  ini  masih  banyak  yang  bersifat  manual, sehingga menimbulkan kerugian waktu dan biaya. Hal  ini  bisa  diminimalisir  dengan  membuat peralatan  laboratorium  yang  bersifat  manual menjadi digital. Salah satunya adalah viskometer.. Pembuatan alat pengukur  Viskositas Fluida dapat dilakukan  dengan  memanfaatkan  sensor  berbasis Arduino Uno[1].
Penelitian  ini  mengembangkan  penelitian sebelumnya mengenai pembuatan alat pengukuran  viskositas  menggunakan  sensor medan  magnet  Efek  Hall  UGN3503.[2]  Dimana, dalam  penelitian  tersebut  belum  memiliki  hasil karakterisasi variasi jarak Bola besi secara vertikal dan horizontal dari sisi sensor terhadap kutub utara magnet  Niodinium  bentuk  Siinder.  Penelitian sebelumnya baru sebatas memiliki hasil karakterisasi  sensor  pengaruh  penghalang  bola besi terhadap medan magnet kutub selatan.
Dalam  penelitian  ini,  dilakukan  karakterisasi sensor  hall  effect  terhadap  pengaruh  penghalang bola  besi  pejal  pada  persebaran  medan  magnet sebelum digunakan untuk perancangan
pembuatan alat pengukur viskositas fluida menggunakan  sensor  efek  hall.  Sensor  yang digunakan  dalam  penelitian  ini  adalah  sensor  hall effect  UGN  3503  yang  sama  dengan  penelitian sebelumnya yang merupakan tipe sensor hall effect linier  (pada  gambar  1).  IC  ini  memiliki  3  pena komponen  internal  terdiri  dari  elemen  sensor  hall effect,  amplifier  dan  Regulator  yang  semuanya dalam satu chip. Sensor ini memberikan tegangan keluaran  yang  sebanding  dengan  besar  medan magnet. Keluaran sensor pada saat medan magnet masukannya  0  gauss  adalah  setengah  dari  Vcc. Untuk medan positif (kutub selatan), semakin besar medan maka tegangan keluarannya juga semakin besar  dan  untuk  medan  negatif  (kutub  utara), semakin besar medan maka tegangan keluarannya akan  semakin  kecil.  Semua  peralatan  hall  effect diaktifkan  oleh  adanya  medan  magnet.  Medan magnet mempunyai dua karakteristik yang penting, densitas-flux dan polaritas. Kebanyakan dari saklar digital hall effect dirancang akan mati jika tidak ada
medan magnet (rangkaian terbuka pada keluaran). Saklar akan aktif jika hanya dikenai medan magnet yang memiliki densitas yang cukup dan arah yang tepat[3].
Efek  Hall  merupakan  peristiwa  berbeloknya muatan  pada  keping  logam  yang  berada  dalam medan  magnet.  Pembelokan  aliran  muatan  ini mengakibatkan terjadinya beda potensial di antara sisi  keping  yang  disebut  potensial  Hall  (Bachtera, dkk, 2009).
sensor  hall  effect  yang  mempunyai  banyak kelebihan antara lain: linieritas dan kestabilan yang tinggi,  tidak  merusak  (non  destruktif),  sensitivitas terhadap  arah  yang  tinggi,  reliable,  relative sederhana  dan  biaya  operasi  yang  murah, sehingga ada kecenderungan untuk menggunakan sensor tersebut[4]. Berbagai jenis sensor hall effect diaplikasikan  pada  pengukuran  kemiringan[5], pada  pengukuran  daya  listrik  lampu  pijar  dan pengukuran  massa[3],  pengukuran  posisi  linier, posisi sudut, kecepatan, rotasi dan arus[6],[7].

## Gambar 1. Sensor Hall Effect dan Blok Diagram Sensor UGN 3503
Tulisan  ini  melaporkan  hasil  karakterisasi sensor  hall  effect  UGN  3503  terhadap  pengaruh penghalang  bola  besi  pejal  pada  persebaran medan  magnet  kutub  utara  sebelum  digunakan untuk  pembuatan  alat  pengukur  viskositas  fluida menggunakan dengan variasi jarak bola besi pejal antara sumber medan magnet terhadap sensor dan variasi volume bola besi.
Penelitian  ini  menggunakan  Arduino  Uno328 sebagai mikrokontroler untuk memprogram sistem.
Arduino  Uno328  merupakan  chip  mikrokontroler yang  sudah  terintegrasi  dengan  mikrokontroler ATmega328  yang  sudah  dilengkapi  dengan berbagai fitur yang memberi kemudahan- kemudahan bagi pemakai (Heri, dkk, 2013).
Mikrokontroler  ATmega328  terdiri  dari  14  pin input  dan  output  digital  yang  bisa  digunakan sebagai output PWM sebanyak 6 buah pin dan pin input  analog  sebanyak  6  buah  dan  beberapa perangkat  lainnya.  Penggunaan  mikrokontroler  ini dapat  dihubungkan  langsung  dengan  komputer menggunakan  kabel  USB  tanpa  ada  perangkat tambahan lainnya (Helmi, dkk, 2013).
Arduino  Uno  bukan  hanya  sebagai  sebuah alat penegembangan saat ini, akan tetapi sebagai sebuah kombinasi hardware, bahasa pemograman dan  Integrated  Development  Environment  (IDE) yang  mampu  berperan  sebagai  penulis  program, merubah ke dalam bentuk biner serta meng-upload ke memory mikrokontroler (Feri, Djuandi, 2011).
Gambar 2 merupakan gambar papan Arduino Uno yang sudah dilengkapi dengan external power supply  dan  USB  antar  muka  yang  bisa  langsung dihubungkan  dengan  komputer.  Lebih  lengkap mengenai deskripsi Arduino Uno ditampilkan pada Tabel 1.
Gambar 2. Board Arduino Uno Tabel 1. Deskripsi arduino Uno
Gambar 2. Rangkaian sistem sensor hall effect A1302

## 2. METODE PENELITIAN
Langkah  awal  dalam  penelitian  ini  yaitu membuat rangkaian sistem sensor hall effect UGN 3503 seperti gambar 3 yang akan digunakan untuk karakterisasi sensor terhadap pengaruh penghalang  bola  besi  pejal  pada  persebaran medan  magnet  kutub  utara.  Langkah  selanjutnya melakukan  pengujian  rangkaian  dan  pengambilan data.  Pengambilan  data  dilakukan  dengan  variasi jarak dan volume bola besi diantara medan magnet dan sensor, secara horizontal maupun vertical dari sisi  sensor  terhadap  posisi  bola.    Kutub  magnet yang  digunakan  pada  saat  pengambilan  data adalah kutub utara.
Dalam pengambilan data digunakan pengolahan  perhitungan  langsung  menggunakan Mikrokontroler  Atmega328  dengan  board  Arduino uno untuk penghitungan kuat medan, sedangngakn pengukuran tegangan digunakan multitester digital U1233A,  dan  Milli  Gauss  meter  type  GU-3001 untuk kalibrasinya. Magnet yang digunakan adalah magnet  permanen  bentuk  silinder  jenis  niodinium diameter  12  mm  dengan  panjang  44  mm. Karakterisasi  yang  dilakukan  yaitu  mencari pengaruh  jarak  penghalang  bola  besi  terhadap sumber medan magnet dan keluaran sensor, baik secara  vertikal  dan  horisontal  dari  sisi  sensor, sebagaimana  gambar  3  dan  4.  Jarak  sumber medan magnet terhadap sensor digunakan 30 mm. Variasi  jarak  bola  besi  dari  sumber  magnet  pada posisi horisontal dari sisi sensor adalah 5, 6, 7, 10, 12,  14,  15,  18,  20,  21,  23,  24,  dan  25  mm, sedangakan  pada  posisi  vertikal  dari  sisi  sensor, variasi posisi bola adalah 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, dan 18 mm dengan titik 0 pada 13 mm, serta variasi jarak bola dari magnet 10, 15, dan 20 mm. Titik 0
adalah  posisi  bola  besi  yang  sejajar  diantara sensor dan magnet. Setelah itu dilanjutkan dengan mencari  pengaruh  volume  bola  besi  terhadap keluaran sensor dengan variasi diameter 8, 10, 12, dan  14  mm.  Dilakukan  3  kali  pengukuran  dengan tiap  pengukuran  diukur  keluaran  kuat  medan magnet  (B)  sensor.  Setelah  didapatkan  semua data, selanjutnya dilakukan perhitungan nilai rata- rata  dan  pembahasan  berdasarkan  dengan  data grafik    yang  telah  dibuat.  Untuk  pengolahan  data, semua  data  dalam  satuan  gauss  agar  dapat dibandingkan  besar  kuat  medan  magnetnya. Adapun  persamaan  yang  digunakan  sebagai berikut:
σ = √ 𝜮( 𝑿 ̅ −𝑿 𝒊 ) 𝟐 𝒏(𝒏−𝟏) ……………………………….(1)
dengan,
σ gauss  = ralat kesalahan pengukuran X i = data ke-i yang diperoleh 𝑋 ̅ = rata-rata dari jumlah data ke-i

## 3.  HASIL DAN PEMBAHASAN
Sebelum  melakukan  pengambilan  data, sensor  diuji  terlebih  dahulu.  Pada  aplikasinya, sensor  hall  effect  harus  dikenai  sumber  medan magnet.  Ketika  sensor  diuji  tanpa  dikenai  medan magnet,  menunjukkan  nilai  tegangan  keluaran sensor  sebesar  2,51  volt.  Nilai  2,51  memiliki  arti bahwa  sensor  tersebut  memiliki  medan  magnet bernilai 0 gauss. Nilai ini membuktikan karakteristik sensor  yang  tercantum  pada  data  sheet  sensor, bahwa  tegangan  keluaran  sensor  adalah  0,5  dari Vcc  (5  volt)  pada  saat  B  =  0  gauss.  Berdasarkan referensi  nilai  sebenarnya  adalah  2,5  volt,  maka ralat  yang  diperoleh  sebesar  0,4%.  Hasil pengukuran ini berbeda 0,4% dari referensi, karena sensor  tidak  benar-benar  bebas  dari  medan magnet.
Ketika sumber medan magnet didekatkan pada jarak terdekat, menggunakan multi meter, terbaca 0,97 volt pada kutub magnet selatan, dan 1,03 volt pada  kutub  magnet  utara.  Ketika  kutub  selatan didekatkan  pada  sensor  hall  effect  pada  jarak  12 mm  terbaca 15 Gs,  dan  16 Gs ketika  dihadapkan pada  kutub  utara.  Tanpa  mengubah  jarak  lagi diganti posisi sensor dengan milli gauss meter dan didapatkan  kuat  medan  magnet  sebesar  18,8  Gs ketika  dihadapkan  dengan  kutub  utara  magnet. Artinya, kuat medan pada kutub utara magnet lebih besar  dari  kutub  selatan  magnet,  dan  ralat pengukuran ini berbeda 17,5% dari tegangan kelu-
Gambar 3. Karakterisasi sensor posisi vertikal
Gambar 4. Karakterisasi sensor posisi horisontal aran sensor karena milli gauss meter tidak benar- benar  bebas  dari  medan  magnet  bumi.  Posisi sensor  pada  saat  pengukuran,  menghadap  ke kutub  selatan  bumi.  Setelah  itu  baru  dilakukan pengambilan  data.  Pengambilan  data  dilakukan ketika sensor tidak dikuatkan. Grafik pada gambar 5    merupakan  hasil  pengukuran  kuat  medan magnet keluaran sensor terhadap variasi jarak bola besi dari magnet secara horizontal dari sisi sensor dan  variasi  diameter  bola  besi.  Grafik  ini menunjukkan  kurva  persamaan  linear  dan  regresi polynomial orde 2 dengan standar deviasi masing- masing  untuk  diameter  bola  dari  kecil  ke  besar adalah sebesar 0.955, 0.945, 0.9835, 0.8957.
Dari  grafik  terlihat  bahwa  pada  jarak  yang semakin  mendekati  sensor  dan  magnet,  kuat medan  magnet  keluaran  sensor  mengalami kenaikan,  namun  lebih  besar  ketika  mendekati sensor. Demikian pula terlihat bahwa besar volume bola besi berbanding lurus dengan besar keluaran kuat  medan  magnet  sensor.  Saat  pengambilan data,  posisi  magnet  terhadap  sensor  pada  posisi utara-selatan dan berjarak 30 mm dari sensor. Hal
ini dimungkinkan adanya pengaruh medan magnet bumi.  Secara  alamiah  bumi  memiliki  medan magnet  sehingga  faktor  tersebut  tidak  dapat diabaikan. Pada posisi utara-selatan menunjukkan kuat  medan  dan  tegangan  keluaran  yang  besar karena  medan  magnet  bergerak  dari  arah  utara menuju  selatan.  Adanya  persamaan  arah  medan baik  dari  sumber  medan  magnet  maupun  magnet bumi menyebabkan keduanya akan saling menguatkan  karena  berada  pada  posisi  yang sama.
Gambar 5. Hasil Pengukuran rata-rata kuat medan magnet dengan variasi jarak horizontal bola besi dari sisi sensor bola besi terhadap magnet.
Gambar 6. Hasil Pengukuran rata-rata kuat medan magnet dengan variasi jarak vertikal bola besi  diameter 8 mm dari sisi sensor terhadap magnet.
Gambar 7. Hasil Pengukuran rata-rata kuat medan magnet dengan variasi jarak vertikal bola besi  diameter 10 mm dari sisi sensor terhadap magnet.
Gambar 8. Hasil Pengukuran rata-rata kuat medan magnet dengan variasi jarak vertikal bola besi  diameter 12 mm dari sisi sensor terhadap magnet.
Gambar 9. Hasil Pengukuran rata-rata kuat medan magnet dengan variasi jarak vertikal bola besi  diameter 14 mm dari sisi sensor terhadap magnet.
Hasil  pengukuran  kuat  medan  pada  variasi vertikal posisi bola besi dari sisi sensor, dan variasi
jaraknya  dari  sumber  medan  magnet  ditunjukkan grafik  pada  gambar  6  hingga  9.  Grafik  ini menunjukkan  persamaan  regresi  polynomial  orde 2. Dari grafik dapat dilihat bahwa pada jarak vertikal 8-13  mm  kuat  medan  magnet  berada  pada keadaan  maksimal  dengan  keluaran  sensor tertinggi pada jarak 10 mm. keadaan maksimal kuat medan  magnet  yang  besar    berada  pada  jarak vertikal  dibawah  posisi  0  sumbu  sejajar  sensor- magnet.  Yakni  dibawah  jarak  13  mm.  Hal  ini menunjukkan bahwa sensor UGN 3503 membaca kuat  medan  magnet  lebih  baik  pada  keadaan medan magnet yang  lebih  luas. Hasil  pengukuran medan  magnet  (B)  terhadap  variasi  volume  bola besi  dan  variasi  jarak  10,  15,  dan  20  mm  dari sumber  medan  magnet  ke  sensor  yang  terlihat pada grafik menunjukkan kemampuan sensor UGN 3503  dalam  membaca  kuat  medan  magnet  bola besi akan semakin maksimal pada ukuran volume bola yang semakin besar dan pada jarak yang lebih dekat  ke  sensor.  Volume  bola  dan  posisinya diantara magnet dan sensor mempengaruhi besar keluaran kuat medan magnet dari sensor.
Pada  data  karakterisasi  sensor  untuk  variasi posisi, terdapat perbedaan antara pengukuran kuat medan  magnet  dan  tegangan  keluaran  sensor pada  posisi  utara-selatan  dengan  posisi  barat- timur.  Sifat  sensitivitas  sensor  yang  mudah berubah  terhadap  perubahan  medan  magnet sangat berpengaruh terhadap hasil pengukuran [3]. Permasalahan  bentuk  dan  ukuran  magnet  juga berpengaruh  terhadap  keluaran  sensor  dan  kuat medan magnet.

## 4.  KESIMPULAN
Berdasarkan hasil yang didapatkan dalam pengukuran  pada  penelitian  ini  dapat  disimpulkan bahwa  semakin  besar  volume  bola  besi,  semakin besar  kuat  medan  magnet  yang  terbaca  oleh sensor,  sebagaimana  pada  bola  diameter  12  dan 14  mm,  diperoleh  keluaran  kuat  medan  magnet yang  besar    sehingga  dapat  digunakan  untuk keperluan perancangan alat pengukuran viskositas fluida metode bola jatuh. Sensor dapat mendeteksi adanya  medan  magnet  lebih  maksimal  ketika sumber  medan  magnet  memiliki  arah  yang  tepat dan  medan  magnet  yang  luas  terhadap  sensor. Kesimpulan lanjut dari penelitian ini adalah bahwa penempatan  bola  besi  pada  posisi  yang  berbeda, baik  dalam  keadaan  vertikal  maupun  horizontal, keluaran sensor yang besar adalah ketika bola besi semakin  mendekati  sensor.  Semakin  dekat  jarak bola  besi  dengan  sensor,  semakin  besar  kuat medan magnet yang terbaca.

## 5. DAFTAR PUSTAKA
[1] N. NGADIYONO, “RANCANG BANGUN  ALAT UKUR  PERCEPATAN
GRAVITASI BUMI MENGGUNAKAN METODE AYUNAN MATEMATIS BERBASIS MIKROKONTROLER
AT89S51,” Diponegoro University, 2010.
[2]  N.  putri  tissos  ,Yulkifli,  and  Z.  kamus, “Pembuatan  Sistem  Pengukuran  Viskositas Fluida  Secara  digital  Menggunakan  Sensor Efek Hall UGN3503 barbasis Arduino Uno328,"  Jurnal  Sainstek.,  vol.  VI,  no.  1: 71- 83 Juni 2014.
[3]  S.Suryono,  J.  Endro  Suseno,  and  A.  Riyanti, “Karakterisasi  Sensor  Magnetik  Efek  Hall UGN3503  Terhadap  Sumber  Magnet  dan Implementasinya  pada  Pengukuran  Massa,”
Berk. Fis., vol. 12, no. 1, pp. 1 –8, 2009.
[4] J.Sabaryati  and  M.  Budiman,  “Perancangan dan  Implementasi  Alat  Ukur  Medan  Magnet Menggunakan  Sensor  Efek  Hall,”  Pros. Semin. Dan Simp. Fis., vol. 0, no. 0, pp. 58 –
61, Apr. 2012.
[5] A. Ro’uf  and Y.  Saufy, “Karakterisasi Sensor Efek Hall UGN3503 Untuk Mengukur Kemiringan,”  Indones.  J.  Electron.  Instrum. Syst., vol. 1, no. 1, 2013.
[6]  J.  Wahyudi  and  W.  Gurum  Ahmad  Pauzi, “Desain  dan  Karakterisasi  Penggunaan Sensor  Efek  Hall  UGN3503  untuk  Mengukur Arus Listrik pada Kumparan,” J. Teori Dan Apl. Fis., vol. 1, no. 2, 2013.
[7]  R.  S.  Popovic,  Z.  Randjelovic,  and  D.  Manic, “Integrated  Hall-effect  magnetic  sensors,” Sens.  Actuators  Phys.,  vol.  91,  no.  1 –2,  pp. 46 –50, Jun. 2001.