## RANCANG BANGUN ALAT UKUR SUHU DAN KADAR ALKOHOL MENGGUNAKAN SENSOR LM35 DAN SENSOR MQ-3
Dolpfy Latupeirissa 1) , Verna A. Suoth 1) , Hesky S. Kolibu 1)
1) Program Studi Fisika, FMIPA Universitas Sam Ratulangi Manado email: dolpfy_0701@yahoo.com ; vernasuoth@yahoo.co.id ; heskystevy@yahoo.com

## ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian untuk membuat alat ukur suhu dan kadar alkohol menggunakan sensor LM35  dan  sensor  MQ-3.  Sistem  akuisisi  data  alat  ukur  suhu  dan  kadar  alkohol  menggunakan mikrokontroler ATMega8 dan data hasil akuisisi ditampilkan menggunakan LCD 2×16. Alat ukur diuji dan dibandingkan dengan alat ukur standar. Hasil pengujian menunjukkan alat ukur suhu dan kadar  alkohol  dapat  mengukur  perubahan  suhu  dengan  akurat  dengan  nilai  NRMSE  0,0028,  dan dapat  mengukur  kadar  alkohol  untuk  alkohol  medis  dengan  kadar  60%-90%  dan  alkohol  aren dengan kadar 35%-55%.
Kata kunci: suhu, kadar alkohol, sensor LM35, sensor MQ-3

## DESIGN AND CONSTRUCTION OF TEMPERATURE AND ALCOHOL CONTENT MEASURING INSTRUMENT USING LM35 SENSOR AND MQ-3 SENSOR

## ABSTRACT
A  research  has  been  conducted  to  make  temperature  and  alcohol  content  measuring  instrument using LM35 sensor and MQ-3 sensor. Data acquisition system of temperature and alcohol content measuring  instrument  was  using  ATMega8  microcontroller  and  data  acquisition  result  were displayed  using  2×16  LCD.  Measuring  instrument  was  tested  and  compared  with  standard measuring  instruments.  Test  result  shows  that  temperature  and  alcohol  content  measuring instrument could measure temperature changing with NRMSE valued  0,0028 and could measure alcohol  content  for  medical  alcohol  with  60%-90%  alcohol  content  and  aren  palm  alcohol  with 35%-55% alcohol content.
Keywords: temperature, alcohol content, LM35 sensor, MQ-3 sensor

## PENDAHULUAN
Pengukuran merupakan kegiatan yang dilakukan untuk menentukan nilai suatu besaran  dari  suatu  objek.  Pengukuran menjadi  dasar  dari  sebagian  besar  aktfitas manusia.  Berbagai  instrumen  pengukuran juga  telah  menjadi  bagian  yang  lekat  dalam aktifitas  kehidupan  manusia.  Pengukuran juga  adalah  dasar  dari  penelitian  ilmiah  dan industrial (Placko, 2007).
Destilasi  adalah  teknik  untuk  memisahkan larutan ke dalam masing-masing komponennya.  Prinsip  destilasi  didasarkan atas  perbedaan  titik  didih  komponen  zatnya. Destilasi dapat digunakan untuk memurnikan
senyawa-senyawa  yang  mempunyai  titik didih  berbeda  sehingga  dapat  dihasilkan senyawa  yang  memiliki  kemurnian  yang tinggi.  Karena  prinsip  destilasi  didasarkan pada  perbedaan  titik  didih  komponen larutannya, maka dalam proses destilasi, suhu menjadi salah satu faktor penentu. Pengukuran  dan  pengaturan  suhu  dalam proses destilasi, menentukan tingkat kemurnian  produk  destilasi  yang  akan dihasilkan.  Seperti  dalam  proses  destilasi alkohol,  persentase  kemurnian  alkohol  yang akan  dihasilkan  dapat  ditentukan  dengan pengaturan  suhu  pada  proses  pemanasan bahan baku.
Penelitian ini bertujuan untuk mendesain dan mengkonstruksi  alat  ukur  suhu  dan  kadar alkohol menggunakan sensor suhu LM35 dan sensor  gas  alkohol  MQ-3  untuk  dapat digunakan  sebagai  alat  ukur  dalam  proses destilasi alkohol.

## TINJAUAN PUSTAKA

## Destilasi
Destilasi adalah teknik untuk memisahkan larutan ke dalam masing-masing komponennya. Prinsip destilasi adalah didasarkan atas perbedaan titik didih komponen  zatnya.  Destilasi  dapat  digunakan untuk  memurnikan  senyawa-senyawa  yang mempunyai  titik  didih  berbeda  sehingga dapat  dihasilkan  senyawa  yang  memiliki kemurnian  yang  tinggi.  Proses  destilasi dilakukan  dengan  mengeluarkan  komponen dengan  titik  didih  yang  lebih  rendah  dari larutan  dengan  cara  menguapkan  komponen tersebut (Kister, 1992).

## Sistem Pengukuran
Pengukuran  adalah  aktifitas  yang selalu  dibutuhkan  dalam  kehidupan  sehari- hari. istem pengukuran berfungsi menyediakan  informasi  tentang  nilai  suatu besaran  dari  objek  yang  diukur.  Menurut Bolton  (2006)  sistem  pengukuran  terdiri  dari sensor,  prosesor  sinyal  dan  penampil  data. Sensor  adalah  elemen  yang  secara  efektif berhubungan  dengan  proses  dimana  suatu variabel  sedang  diukur  dan  menghasillkan keluaran  dalam  bentuk  tertentu  tergantung pada  variabel  masukannya.  Prosesor  sinyal adalah elemen yang mengambil keluaran dari sensor  dan  mengubahnya  menjadi  suatu bentuk  besaran  yang  cocok  untuk  tampilan atau  transmisi  selanjutnya  dalam  beberapa sistem  kontrol.  Penampil  data  adalah  elemen yang  menampilkan  nilai-nilai  yang  terukur dalam  bentuk  yang  bisa  dikenali  oleh pengamat.

## Sensor LM35
Sensor suhu LM35 adalah komponen elektronika  yang  memiliki  fungsi  untuk mengubah  besaran  suhu  menjadi  besaran listrik  dalam  bentuk  tegangan.  LM35  adalah sensor  suhu  yang  mudah  digunakan  dengan linearitas  yang  sangat  baik  dan  bisa digunakan dengan rangkaian eksternal minimal  dengan  jenis  penerapan  yang  luas.
LM35  adalah  sensor  suhu  yang  teliti  dimana tegangan  keluaran  sensor  sangat  linear berpadanan dengan perubahan suhu, yakni 10 mV/°C.  Sensor  yang  digunakan  dalam penelitian  ini  adalah  sensor  LM35D  dengan jangkauan pengukuran suhu 0°C 100°C.

## Gambar 1. Sensor Suhu LM35
Sensor MQ-3
Sensor  MQ-3  memiliki  material sensitif berupa lapisan SnO2 yang konduktifitasnya  rendah  di  udara  bersih. Konduktifitas sensor semakin naik sebanding terhadap  konsentrasi  gas  alkohol  di  udara. Dibandingkan  sensor  alkohol  lainnya,  sensor MQ-3  memiliki  harga  yang  lebih  murah dengan  sensitifitas  yang  mirip,  namun konsumsi  dayanya  lebih  besar,  yakni  sekitar 750 mW (Satria, 2013). Sensor ini digunakan untuk  menangkap  kandungan  uap  alkohol yang  menguap  dari  cairan  yang  akan dideteksi.  Semakin  banyak  kandungan  uap alkohol  yang  terdeteksi  maka  resistansi sensor  akan  menjadi  semakin  kecil.  sehingga tegangan  keluaran  sensor  menjadi  semakin besar.

## Gambar 2. Sensor Alkohol MQ-3

## Pengkondisi Sinyal
Sinyal-sinyal  listrik  yang  dihasilkan oleh sensor harus dikonversi ke dalam bentuk yang  dikenali  oleh  sistem  akuisisi  data  yang dipakai.  Tugas  pengkondisi  sinyal  yang sering dilakukan adalah penguatan. Selain itu pengkondisi  sinyal  bisa  juga  melakukan penapisan sinya. Misalnya pengkondisi sinyal dengan penapis lolos-rendah digunakan untuk meloloskan  sinyal  dengan  frekuensi  rendah dan menahan sinyal dengan frekuensi tinggi. Operasional amplifier (Op-Amp) atau penguat  operasional  adalah  suatu  penguat berpenguatan  tinggi  yang  terintegrasi  dalam
sebuah  chip  IC  yang  memiliki  dua input , inverting dan non-inverting dengan  sebuah terminal output ,  dimana  rangkaian  umpan balik
dapat ditambahkan untuk mengendalikan karakteristik tanggapan keseluruhan pada penguat operasional. Penguat tak membalik ( non-inverting amplifier )  merupakan  penguat  sinyal  dengan karakteristik  dasar  sinyal output yang dikuatkan  memiliki  fasa  yang  sama  dengan sinyal input .
Gambar 3. Non-Inverting Amplifier
Besarnya  penguatan  tegangan output dari rangkaian  penguat  tak  membalik  dituliskan dalam persamaan sebagai berikut.
𝐴 𝑉 = 𝑅 2 𝑅 1 + 1 …………… (1)
dengan 𝐴 𝑉 = penguatan tegangan 𝑅 1 = hambatan resistor 1 (Ω) 𝑅 2 = hambatan resistor 2/ feedback (Ω)

## Mikrokontroler AVR ATmega8
AVR  merupakan  salah  satu  jenis mikrokontroler  yang  di  dalamnya  terdapat berbagai macam fungsi. Kelebihan dari AVR adalah memiliki Power-On Reset , yaitu tidak perlu ada tombol reset dari luar karena cukup hanya  dengan  mematikan  daya,  maka  secara otomatis AVR akan melakukan reset. AVR ATmega8 adalah mikrokontroler CMOS  8-bit  berarsitektur  AVR  RISC  yang memiliki  8Kbyte In-System  Programmable Flash . Mikrokontroler dengan konsumsi daya rendah  ini  mampu  mengeksekusi  instruksi dengan  kecepatan  maksimum  16MIPS  pada frekuensi 16MHz.
Gambar 4. Konfigurasi Pin AVR ATMega8

## Analog to Digital Converter
Analog  to  Digital  Converter (ADC) adalah  pengubah input analog  menjadi  kode- kode digital. ADC banyak digunakan sebagai pengatur  proses  industri,  komunikasi  digital dan  rangkaian  pengukuran/pengujian.  Prinsip kerja  ADC  adalah  mengkonversi  sinyal analog  ke  dalam  bentuk  besaran  yang merupakan  rasio  perbandingan  tegangan input dan  tegangan  referensi  seperti  pada persamaan berikut.
𝑁 = 𝑉 𝑖𝑛 𝑉 𝑟𝑒𝑓 (2 𝑛 − 1) ……  (2.3)
dengan
𝑁 = data dalam biner (bit)
𝑉 𝑖𝑛 = tegangan input (mV) 𝑉 𝑟𝑒𝑓 = tegangan referensi (mV)
𝑛 = jumlah bit/resolusi (bit)

## LCD
Display elektronik  adalah  salah  satu komponen elektronika yang berfungsi sebagai  tampilan  suatu  data,  baik  karakter, huruf  ataupun  grafik.  LCD  ( Liquid  Cristal Display )  adalah  salah  satu  jenis display elektronik  yang  dibuat  dengan  teknologi CMOS logic yang  bekerja  dengan  tidak menghasilkan  cahaya  tetapi  memantulkan cahaya  yang  ada  di  sekelilingnya  terhadap front-lit atau  mentransmisikan  cahaya  dari back-lit .  LCD  berfungsi  sebagai  penampil data baik dalam bentuk karakter, huruf, angka ataupun  grafik.  Dalam  modul  LCD  terdapat mikrokontroler yang berfungsi sebagai pengendali  tampilan  karakter  LCD  yang dilengkapi dengan memori dan register.

## METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian dimulai dengan pembuatan desain  rangkaian  alat  ukur  suhu  dan  kadar alkohol.  Kemudian  dilakukan  pembuatan rangkaian  pengkondisi  sinyal  untuk  sensor LM35  dan  sensor  MQ-3.  Rangkaian  sensor dan  pengkondisi  sinyal  kemudian  disatukan dengan rangkaian
sistem minimum mikrokontroler ATMega8 dan LCD. Pengkondisi  sinyal  sensor  LM35  dan  sensor
MQ-3  dikalibrasi  agar  sesuai  dengan  ADC yang terprogram dalam mikrokontroler
ATMega8.  Setelah  itu  dilakukan  pengujian pengukuran pengukuran suhu dan pengukuran  kadar  alkohol  menggunakan  alat ukur  suhu  dan  kadar  alkohol  dan  hasil pengujian dibandingkan dengan hasil pengukuran menggunakan alat ukur
pembanding.

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Rancangan Alat
Alat  ukur  suhu  dan  kadar  alkohol  dirancang seperti gambar berikut.
Gambar 5.   Rancangan Alat Ukur Suhu dan Kadar Alkohol
Sensor  LM35  akan  mendeteksi  perubahan suhu  dan  sensor  MQ-3  akan  mendeteksi konsentrasi  alkohol.  Pengkondisi  sinyal  akan menyesuaikan  tegangan  dari  sensor  yang masuk  ke  mikrokontroler  untuk  diproses menjadi data. Data hasil keluaran mikrokontroler  akan  ditampilkan  melalui LCD.
Gambar 6.   Diagram Skematik Alat Ukur Suhu dan Kadar Alkohol
Rangkaian sistem minimum
mikrokontroler  ATMega8  dan  LCD  yang digunakan memiliki diagram skematik dalam Gambar  6.Pengkondisi  sinyal  sensor  LM35 dibuat sesuai diagram skematik Gambar 7.
Gambar 7. Diagram Skematik Pengkondisi Sinyal Sensor LM35
Dua  buah  resistor  150  kΩ  dirangkai secara  paralel  membentuk  rangkaian  dengan resistansi 75 kΩ dirangkai secara seri dengan kapasitor  10  µF.  Resistor  1,5  kΩ  dan kapasitor  100nF  membentuk  rangkaian  low pass filter untuk menjaga kestabilan keluaran sensor  LM35.  Tegangan  keluaran  filter diumpankan  ke  non-inverting amplifier dengan  nilai  penguatan  yang  dapat  diubah sesuai  pengaturan  besar  resistansi  resistor variabel.
Pengkondisi  sinyal  sensor  MQ-3  dibuat sesuai diagram dalam Gambar 8.
Gambar 8. Diagram skematik pengkondisi sinyal sensor MQ-3
Sensor  MQ-3  dirangkai  dengan resistor  variabel  200  kΩ  yang  merupakan rekomendasi dari pabrik pembuat sensor MQ-
3. Besar rentang tegangan keluaran rangkaian sensor  MQ-3  diatur  dengan  menyesuaikan besar resistansi resistor variabel.
Sistem minimum ATMega8 Pengkondisi sinyal Pengkondisi sinyal Pengkondisi sinyal Catu daya LCD 2×16 Sensor suhu LM35 Sensor suhu LM35 Sensor alkohol MQ-3
Perangkaian  Alat  Ukur  Suhu  dan  Kadar Alkohol
Alat  ukur  suhu  dan  kadar  alkohol yang  telah  dibuat,  tampak  seperti  gambar berikut
Gambar 9. Alat  Ukur  Suhu  dan  Kadar
Alkohol
Catu  daya  sebagai  sumber  tegangan memberikan  masukan  tegangan  sebesar  9  V yang  kemudian  dikonversi  menjadi  4,8  V untuk kebutuhan tegangan input bagi mikrokontroler,  sensor  dan  LCD,  serta  3,0  V untuk tegangan referensi ADC mikrokontroler.  ADC  yang  digunakan  dalam pemrograman mikrokontroler memiliki
resolusi 10 bit.
Gambar 10. Pengkondisi Sinyal Sensor Suhu LM35
Gambar 11. Pengkondisi Sinyal Sensor Alkohol MQ-3

## Uji Pengukuran Suhu
Pengujian  pengukuran  suhu  oleh  alat ukur suhu dilakukan pada rentang suhu 30°C sampai  100°C  dengan  memanaskan  sensor
suhu  dan  termometer  sebagai  alat  ukur pembanding  secara  bersamaan  menggunakan medium air yang dipanaskan dari suhu ruang hingga  mendidih.  Hasil  pengukuran  tampak pada tabel berikut.
Tabel  1.  Perbandingan  Pengukuran  Suhu Menggunakan Alat Ukur Suhu dan Termometer No. T Termometer (°C) T Alat Ukur Suhu (°C) Selisih (°C) 1 30,0 30,0 0,0 2 35,0 34,9 0,1 3 40,0 40,0 0,0 4 45,0 45,0 0,0 5 50,0 50,0 0,0 6 55,0 54,9 0,1 7 60,0 60,0 0,0 8 65,0 64,9 0,1 9 70,0 70,1 0,1 10 75,0 74,7 0,3 11 80,0 79,7 0,3 12 85,0 84,6 0,4 13 90,0 89,8 0,2 14 95,0 95,0 0,0 15 100,0 100,0 0,0 Gambar 12.   Perbandingan Pengukuran
Suhu  Menggunakan  Alat  Ukur Suhu dan Termometer
Hasil pengukuran  suhu menunjukkan bahwa  hasil  pengukuran  suhu  oleh  alat  ukur suhu  hampir  sama  dengan  hasil  pengukuran
0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0 100.0 T A la t U ku r Su h u ( °C) T Termometer (°C) Hasil Uji Pengukuran Suhu
menggunakan termometer pembanding dengan  selisih  maksimum  sebesar  0,4°C  dan nilai  NRMSE  0,0028.  Hasil  pengukuran tersebut  menunjukkan  bahwa  alat  ukur  suhu yang  telah  dibuat  dapat  mengukur  perubahan suhu dengan akurasi yang sangat baik.

## Uji Pengukuran Kadar Alkohol
Pengujian  pengukuran  kadar  alkohol oleh  alat  ukur  suhu  dan  kadar  alkohol dilakukan  dengan  melakukan  pengukuran terhadap alkohol dengan kadar yang berbeda- beda.  Kadar  alkohol  yang  digunakan  dalam pengujian diukur terlebih dahulu
menggunakan alkoholmeter. Kemudian alkohol  sebanyak  50  ml  dimasukkan  ke dalam  wadah  berupa  botol  plastik,  yang kemudian  ditutup,  dimana  sensor  telah diletakkan di penutup wadah. Hasil pengukuran kadar alkohol oleh alat ukur suhu dan  kadar  alkohol  dicatat  setiap  menit, selama  30  menit.  Terdapat  2  jenis  cairan alkohol  yang  digunakan  dalam  percobaan, yakni  alkohol  medis  dan  alkohol  hasil destilasi nira aren.
Data  hasil  uji  pengukuran  kadar  alkohol medis tampak pada grafik berikut.
Gambar 13. Grafik Hasil Uji Pengukuran Alkohol Medis Dari  hasil  uji  pengukuran  kadar alkohol,  pada  pengukuran  alkohol  medis dengan  kadar  90%,  nilai  hasil  pengukuran
alat  ukur  kadar  alkohol  yang  paling mendekati kadar sebenarnya pada menit ke 4 yakni  menunjukkan  nilai  kadar  alkohol sebesar  89,2%.  Pada  pengukuran  alkohol medis  dengan  kadar  80%,  hasil  pengukuran alat  ukur  kadar  alkohol  menunjukkan  nilai 79,6%  pada  menit  ke  9,  dan  menunjukkan nilai  80,8  %  pada  menit  ke  10.  Pada pengukuran  alkohol  medis  dengan  kadar 70%,  hasil  pengukuran  alat  ukur  kadar alkohol menunjukkan nilai 70,0% pada menit ke  20  sampai  menit  ke  21.  Pada  pengukuran alkohol  medis  dengan  kadar  60%,  hasil pengukuran  alkohol  medis  dengan  alat  ukur kadar alkohol menunjukkan nilai 59,2 % pada menit ke 26 hingga menit ke 30.
Data hasil uji pengukuran kadar alkohol hasil destilasi nira aren tampak pada grafik berikut.
Gambar 14. Hasil Uji Pengukuran Alkohol Aren Pada  pengukuran  kadar  alkohol menggunakan  alkohol  hasil  destilasi  nira aren,  pada  pengukuran  alkohol  dengan  kadar 55%,  alat  ukur  kadar  alkohol  menunjukkan nilai  pengukuran  yang  paling  mendekati kadar  sebenarnya  pada  menit  ke  2  yakni menunjukkan  nilai  kadar  alkohol  sebesar 56,8%. Pada pengukuran alkohol aren dengan kadar 50%, alat  ukur  suhu dan kadar alkohol menunjukkan  nilai  52,0  pada  menit  ke  2. Pada  pengukuran  alkohol  aren  dengan  kadar
0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 K ad ar A lkoh ol ( % ) Waktu (menit) Hasil Uji Pengukuran Kadar Alkohol Medis Alkohol 90% Alkohol 80% Alkohol 70% Alkohol 60% 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0 100.0 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 K ad ar A lkoh ol ( % ) Waktu (menit) Hasil Uji Pengukuran Kadar Alkohol Aren Alkohol 55% Alkohol 50% Alkohol 45%
Alkohol 40% Alkohol 35%
45%,  alat  ukur  suhu  dan  kadar  alkohol menunjukkan  nilai  43,6%  pada  menit  ke  2. Pada  pengukuran  alkohol  aren  dengan  kadar 40%,  alat  ukur  suhu  dan  kadar  alkohol menunjukkan  nilai  38,8%  pada  menit  ke  3 dan  menunjukkan  nilai  41,2% pada  menit  ke 4.  Pada  pengukuran  alkohol  aren  dengan kadar  35%,  hasil  pengukuran  pada  menit  ke 10  sampai  menit  ke  11  menunjukkan  nilai 35,2%.

## KESIMPULAN DAN SARAN

## Kesimpulan
Telah  dirancang  dan  dibuat  alat  ukur suhu  dan  kadar  alkohol  menggunakan  sensor LM35 dan  sensor  MQ-3.  Alat  ukur  suhu  dan kadar  alkohol  dapat  mengukur  perubahan suhu  dengan  akurat  dengan  nilai  NRMSE 0,0028  dan  dapat  melakukan  pengukuran kadar  alkohol  untuk  alkohol  medis  dengan kadar 90% dalam waktu 4 menit, 80% dalam waktu  9  menit,  70%  dalam  waktu  20  menit dan  60%  dalam  waktu  26  menit  dan  dapat melakukan  pengukuran  kadar  alkohol  untuk alkohol hasil destilasi nira aren dengan kadar 55%,  50%  dan  45%  dalam  waktu  2  menit, 40%  dalam  waktu  3  menit  dan  35%  dalam waktu 10 menit.

## Saran
Perlu  dilakukan  pegujian  pengaruh perubahan  suhu  dan  kelembapan  udara terhadap hasil pengukuran kadar alkohol.

## DAFTAR PUSTAKA
Alciatore,  D.  G.  and  M.l  B.  Histand.  2012. Introduction  to  Mechatronics  and
Measurement  Systems.  4th  edition. McGraw-Hill Inc., New York. Atmel Corporation. 2013. ATMega8 Datasheet. Bolton, W. 2006. Sistem Instrumentasi dan
Sistem Kontrol. Terjemahan Soni Astranto. Gramedia, Jakarta. Hanwei Electronics Co., Ltd. 2002. MQ-3 Datasheet. Kister,  H.  Z.  1992.  Distillation  Design.
McGraw-Hill Inc., New York. National Semiconductor. 2000. LM35 Datasheet. Placko, D. 2007. Fundamentals of
Instrumentation  and  Measurement.
ISTE, Newport Beach.
Satria,  A.  V.  dan  Wildan.  2013.  Rancang
Bangun  Alat  Ukur  Kadar  Alkohol Pada  Cairan  Menggunakan  Sensor MQ-3 Berbasis
Mikrokontroler AT89S51. Jurnal Fisika Unand . 2(1) : 13-19.