Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
DOI: doi.org/10.21009/SPEKTRA.022.09

## KARAKTERISASI SENSOR PHOTODIODA, DS18B20, DAN KONDUKTIVITAS PADA RANCANG BANGUN SISTEM DETEKSI KEKERUHAN DAN JUMLAH ZAT PADAT TERLARUT DALAM AIR
Zulfiah Ayu Kurnia Sari 1,a) , Handjoko Permana b) , Widyaningrum Indrasari c)
1) Program Studi Fisika, FMIPA, Universitas Negeri Jakarta, Jl. Rawamangun Muka, Jakarta Timur 13220
Email: a) a.zulfiah@yahoo.co.id, b) handjoko@unj.ac.id, c) widyafisikaunj@gmail.com

## Abstrak
Air minum yang layak untuk dikonsumsi adalah air minum yang memiliki parameter tidak berbau, tidak berasa,  jernih,  suhu  sebaiknya  dibawah  suhu  udara,  dan  jumlah  zat  padat  terlarut  ( TDS )  yang  rendah. Pada sistem deteksi kekeruhan dan jumlah zat padat terlarut dalam air ini diperlukan beberapa perangkat sensor. Keakuratan sensor merupakan suatu hal yang penting untuk menunjang efektivitas sistem. Pada penelitian  ini  dilakukan  karakterisasi  sensor  ds18b20  sebagai  pendeteksi  suhu,  sensor  photodioda sebagai  pendeteksi  kekeruhan,  dan  sensor  konduktivitas  sebagai  pendeteksi  jumlah  zat  padat  terlarut ( TDS ) dalam air serta menggunakan arduino sebagai mikrokontrolernya . Karakterisasi dilakukan dengan membandingkan keluaran sensor dengan alat uji laboratorium. Hasil karakterisasi menunjukkan bahwa masing-masing  sensor  pengukuran  memiliki  variasi error yaitu  sensor  photodioda  dengan  kesalahan relatif sebesar 3.13%, sensor ds18b20 1.77%, dan sensor konduktivitas 2.42%.
Kata-kata kunci : suhu, kekeruhan, TDS, arduino.

## Abstract
Drinking water worth consumption are those that should be odorless, tasteless, clean, the temperatures preferably  below  air  temperature,  and  low  amounts  of  dissolved  solids.  On  this  turbidity  and  total dissolved solid water system is required some sensor devices. The accuracy of the sensor is an important thing  to  support  the  effectiveness  of  the  system.  In  this  research,  the  calibration  of  ds18b20  sensor  as temperature detector,  photodiode  sensor  as  turbidity  detector,  and  conductivity  sensor  as  a  detector  of dissolved solid (TDS) in water and using Arduino as a microcontroller. The characterization is done by comparing  the  sensor  output  with  laboratory  test  equipment.  The  result  of  characterization  means  that each  measurement  sensor  has  a  variation  error  that  is  photodiode  sensor  with  relative  error  3.13%, sensor ds18b20 1.77%, and conductivity sensor 2.42%.
Keywords : temperature, turbidity, TDS, Arduino.
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA

## PENDAHULUAN
Menurut  Departemen  Kesehatan  Indonesia,  air  minum  yang  layak  untuk  dikonsumsi  adalah  air minum yang memiliki parameter tidak berbau, tidak berasa, tidak berwarna, tidak keruh atau jernih, dan  dengan  suhu  sebaiknya  dibawah  suhu  udara  sedemikian  rupa  sehingga  menimbulkan  rasa nyaman,  dan  jumlah  zat  padat  terlarut  (TDS)  yang  rendah  [1].  Dewasa  ini  sudah  ada  instrumentasi yang  digunakan  untuk  pengujian  kualitas  pada  air,  salah  satunya  yaitu  turbidimeter.  Turbidimeter adalah alat pengujian air yang berfungsi untuk mengukur tingkat kekeruhan air. Air yang keruh akan menyebabkan    cahaya  yang  melewatinya  akan  mengalami  pengurangan  intensitas  cahaya  yang signifikan.  Hal  tersebut  dikarenakan  cahaya  yang  melewati  air  keruh  mengalami  penyerapan (absorbsi), pemantulan (refleksi), pembiasan (refraksi), dan diteruskan (transmisi) [2].
Saat  ini  alat  uji  kualitas  air  hanya  dimiliki  olek  pihak  tertentu,  sehingga  menyebabkan  kurang efisien  untuk  mengetahui  kualitas  air  yang  baik  atau  tidak.  Oleh  karena  itu  perlu  dikembangkan sistem deteksi kekeruhan dan jumlah zat padat terlarut dalam air yang portable . Sistem ini didesain untuk mendeteksi parameter kekeruhan, jumlah zat padat terlarut ( TDS ) dalam air  yang  dilengkapi  oleh  sensor  suhu.  Pada  sistem  ini  digunakan  sensor  photodioda  dan  LED  biru sebagai  pendeteksi  kekeruhan,  ds18b20  sebagai  pendeteksi  suhu,  dan  sensor  konduktivitas  sebagai pendeteksi  jumlah  zat  padat  terlarut  (TDS).  Untuk  mengetahui  tingkat  akurasi  dari  masing-masing sensor yang digunakan, maka dilakukan karakterisasi dengan membandingkan nilai keluaran sensor dengan  alat  uji  yang  sudah  ada  pada  laboratorium,  yang  nantinya  akan  dijadikan  acuan  dalam pembuatan sistem ini.

## METODE PENELITIAN
Metode Penelitian yang digunakan yaitu eksperimen dengan mengembangkan deteksi kualitas air berdasarkan  sifat  kekeruhan  dan  jumlah  zat  padat  terlarut  yang  berbasis  arduino  uno  dan  nantinya akan terintegrasi dengan android.
Pada  pengukuran  kekeruhan  digunakan  photodioda  sebagai  receiver  dan  LED  biru  sebagai transmitter. Prinsip kerjanya yaitu dengan cara melewatkan larutan diantara receiver dan transmitter. Sedangkan  untuk  pengukuran  suhu  menggunakan  sensor  suhu  ds18b20.  Sensor  digital  ini  memiliki rentang pengukuran suhu -55 ̊C – 150 ̊C [3].
Untuk  pengukuran  jumlah  zat  padat  terlarut  menggunakan  sensor  konduktivitas.  Karakterisasi sensor  ds18b20  dan  konduktivitas  yaitu  dengan  cara  memasukan  bagian  sensor  tersebut  kedalam larutan agar dapat dilihat seberapa besar nilai keluarannya.
TABEL 1. Daftar sampel larutan uji No Sampel Bahan 1 2 3 4 5
Air PAM Kopi 1/2sdk kecil Kopi 3/4sdk kecil Kopi 1sdk kecil
Kopi 5/4sdk kecil
Pengambilan  data  dilakukan  dengan  menggunakan  beberapa  sampel  larutan.  Untuk  parameter kekeruhan  dan  jumlah  zat  padat  terlarut  digunakan  5  sampel  larutan  yang  berbeda  (Tabel  1). Sedangkan  untuk  parameter  suhu,  digunakan  satu  sumber  air  yang  sama  dengan  tingkat  suhu  yang berbeda.
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
Sensor yang digunakan pada saat kalibrasi sebanyak tiga buah yaitu, sensor photodioda, ds18b20, dan  sensor  konduktivitas.  Sensor-  sensor  tersebut  nantinya  akan  diletakan  dalam  satu  kotak  yang sudah  terintegrasi    dengan  mikrokontroler.  Besar  kesalahan  relatif  sensor  dihitung  dengan menggunakan persamaan berikut.
% 100 (%) x
PL PL PS Error   (1)
Dengan PS adalah pembacaan nilai pada sensor yang digunakan, dan PL adalah pembacaan nilai sebenarnya atau yang telah diuji menggunakan alat laboratorium.

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## a. Sensor Suhu ds18b20
Pada karakterisasi sensor suhu ds18b20 dilakukan dengan membandingkan nilai keluaran sensor (nilai  digital)  dengan  nilai  pada  termometer  air  raksa.  Baik  keluaran  pada  sensor  maupun  pada termometer memiliki satuan celcius ( ̊C). Hasil pengukuran dirangkum pada tabel 2. Kesalahan relatif pengukuran  dihitung  menggunakan  persamaan  (1)  sehingga  diperoleh  grafik  pada  gambar  3.  Dari grafik tersebut dapat dilihat bahwa kesalahan relatif pengukuran maksimum yaitu sebesar 3.53%.
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 0 10 20 30 40 50 60 Kesal aha n Rel ati f (%) Sensor Suhu (̊C)
a) b) c)
GAMBAR 2 . a)Sensor photodioda, b)Sensor konduktivitas, dan c)Sensor ds18b20
GAMBAR  3. Grafik hubungan nilai kesalahan relatif terhadap keluaran sensor suhu
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
TABEL 2. Data nilai sensor suhu dan termometer
Sensor Suhu ( ̊C) Termometer ( ̊C) Kesalahan Relatif (%) 7,84 8 2,02 15,24 15 1,63 17,11 17 0,65 23,45 23 1,94 25,45 25 1,8 39,34 39 0,87 54,87 53 3,53

## b. Sensor Photodioda
Pada karakterisasi sensor photodioda dilakukan dengan membandingkan hasil tegangan keluaran pada sensor dengan pengukuran sampel kekeruhan pada laboratorium. Hasil pengukuran dirangkum pada tabel 3. Kesalahan relatif pengukuran dihitung menggunakan persamaan (1) sehingga diperoleh grafik pada gambar 4.
TABEL 3. Data nilai kekeruhan laboratorium dan kekeruhan sensor
No Sampel Nilai Kekeruhan LAB (NTU) Nilai Kekeruhan Sensor (NTU) Kesalahan Relatif (%) 1 3 3,28 9,26 2 22 22,01 0,038 3 33 31,72 3,86 4 36 36,2 0,56 5 40 40,78 1,96
y = -14.679x + 76.673 R² = 0.9973 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 2 3 4 5 6 Nila i Kek eruhan LAB (NTU) Keluaran Sensor (Volt)
GAMBAR 4 . Grafik hubungan tegangan keluaran sensor terhadap kekeruhan laboratorium
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
Berdasarkan  grafik  diatas,  terlihat  nilai  kekeruhan  laboratorium  berbanding  terbalik  dengan tegangan keluaran sensor dan memenuhi persamaan :
76.673 - -14.679x = y (2)
Dengan  y  merupakan  nilai  kekeruhan  yang  dapat  dibaca  oleh  sensor  dalam  satuan  NTU  dan  x berupa perubahan tegangan keluaran sensor. Kemudian dari fungsi tersebut dapat diketahui besarnya kesalahan  relatif  pengukuran.  Diperoleh  nilai  kesalahan  relatif  pengukuran  maksimum  ada  pada sampel  nomer  1  yaitu  sebesar  9.26%.  Alat  ini  memiliki  pengukuran  yang  terbatas  yaitu  untuk kekeruhan antara 3 – 40 NTU.
Grafik  pada  gambar  4  yaitu  berbanding  terbalik  antara  nilai  kekeruhan  laboratorium  dengan tegangan  keluaran  sensor.  Menandakan  bahwa  semakin  keruh  suatu  larutan  makan  nilai  tegangan keluaran  sensor  akan  semakin  kecil  atau  mendekati  nol.  Hal  ini  dikarenakan  dari  sifat  photodioda yang bersifat sebagai resistor jika tidak dipancari cahaya. Dalam gelap, nilai tahanannya sangat besar sehingga tidak ada arus yang mengalir dan nilai tegangan sensor akan nol.

## c. Sensor Konduktivitas
Pada  karakterisasi  sensor  konduktivitas  dilakukan  dengan  membandingkan  hasil  tegangan keluaran pada sensor dengan  pengukuran sampel jumlah zat padat terlarut pada laboratorium. Hasil pengukuran dirangkum pada tabel 4. Kesalahan relatif pengukuran dihitung menggunakan persamaan (1) sehingga diperoleh grafik pada gambar 5.
TABEL 4. Data nilai TDS laboratorium dan TDS sensor
No Sampel Nilai TDS LAB (ppm) Nilai TDS Sensor (ppm) Kesalahan Relatif (%) 2 67,85 64,29 5,23 1 143,55 142,53 0,71 3 71,5 72,25 1,05 4 75,55 75,43 0,15 5 79,45 83,39 4,96
y = 265.2x + 24.517 R² = 0.9925 0 20 40 60 80 100 120 140 160 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Nila i TDS LAB (ppm) Keluaran Sensor (Volt)
GAMBAR 5 . Grafik hubungan tegangan keluaran sensor terhadap
TDS laboratorium
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
Berdasarkan  grafik  diatas,  terlihat  nilai TDS berbanding  lurus  dengan  tegangan  keluaran  sensor dan memenuhi persamaan :
24.517 - 265.2x = y (3)
Dengan  nilai  y  merupakan  nilai TDS yang  dapat  dibaca  oleh  sensor  dalam  satuan  ppm  dan  x berupa perubahan tegangan keluaran sensor. Kemudian dari fungsi tersebut dapat diketahui besarnya kesalahan  relatif  pengukuran.  Diperoleh  nilai  kesalahan  relatif  pengukuran  maksimum  ada  pada sampel nomer 2 yaitu sebesar 5.23%. Alat ini memiliki pengukuran yang terbatas yaitu untuk sensor konduktivitas antara 64 – 142 ppm.
Grafik  pada  gambar  4  yaitu  berbanding  lurus  antara  nilai  jumlah  zat  padat  terlarut  laboratorium dengan tegangan keluaran sensor. Menandakan bahwa semakin besar jumlah zat padat terlarut, maka nilai tegangan keluaran sensor akan semakin besar pula. Hal ini disebabkan banyaknya jumlah ion- ion  didalam  larutan  berbanding  lurus  dengan  besarnya  nilai  jumlah  zat  padat  terlarut.  Semakin banyak  ion  didalam  larutan  makan  beda  potensial  yang  dapat  dihasilkan  akan  semakin  besar  juga, dimana menandakan semakin banyak juga jumlah padatan terlarutnya.

## d. Pengujian Sampel
Pengujian sistem pengukuran kekeruhan dan jumlah zat padat terlarut air ini dilakukan pada bulan Juli  2017.  Pengujian  dilakukan  dengan  pembacaan  sensor  suhu  ds18b20,  photodioda,  sensor konduktivitas.  Digunakan  sembilan  sampel  larutan  uji  yang  berbeda  pada  pengujian  ini  dengan volume air 100 ml.
GAMBAR 6. Sampel larutan uji
TABEL 5. Daftar sampel larutan uji
Bahan Nilai Suhu Sensor (C) Nilai Kekeruhan Sensor (NTU) Nilai TDS Sensor (ppm) Air PAM 26.06 3.27 142.53 Air Sungai 26.4 3.27 49.02 Air Danau 26.37 3.27 49.26 Tanah 1/4sdk 27.25 51.6 139.64 Tanah 1/2sdk 27,06 62.48 125.74 Tanah 1sdk 26.87 73.84 123.67 Minyak 2sdk 26.44 3.27 24.51 Air Kalimalang 26.62 3.27 87.37 Pewarna Tekstil 1/8sdk 27.12 41.42 165.25
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
Dari  hasil  pengujian  kesembilan  jenis  larutan  diatas,  dapat  diketahui  bahwa  pengujian  ini  dapat dilakukan untuk rentang pengujian yang sudah dilakukan pada tahap karakterisasi. Untuk air sungai diambil  di  daerah  Citayam,  air  danau  diambil  di  daerah  Cikaret,  sedangkan  untuk  air  kali menggunakan air yang diambil dari daerah Kalimalang.
Untuk  parameter  kekeruhan,  kurang  sensitifnya  sensor  photodioda  pada  saat  pendeteksian  air yang bening sehingga nilai pembacaan untuk air PAM, air sungai, air danau, campuran minyak, dan air  kali  terbaca  sama  pada  sensor  photodioda.  Sensor  photodioda  ini  memiliki  respon  yang  cukup sensitif dalam pembacaan nilai kekeruhan ≥20 NTU dan alat ini memiliki rentang pengukuran untuk kekeruhan antara 3 – 40 NTU.
Pada daftar nilai pengujian sampel dengan parameter TDS , diperoleh nilai TDS paling tinggi ada pada  larutan  dengan  pewarna  tekstil  1/8sdk  atau  sampel  no  9.  Menurut WHO nilai  kemurnian  air yang baik dibatasi dengan nilai TDS maksimum 30 ppm saja. Tingginya level TDS memperlihatkan hubungan  negatif  dengan  beberapa  parameter  lingkungan  air  yang  menyebabkan  meningkatnya toksisitas pada organisme didalamnya, serta membuat rasa tidak enak pada lidah dan rasa mual.

## SIMPULAN
Karakterisasi  sensor  yang  telah  dilakukan  dengan  menggunakan  mikrokontroler  arduino  uno, maka  dapat  disimpulkan  bahwa  sensor  photodioda  dapat  bekerja  dalam  rentang  pengukuran  3  –  40 NTU,  dan  sensor  konduktivitas  dapat  bekerja  dalam  rentang  64    –  142  ppm.  Sedangkan  untuk kesalahan  relatif  pengukuran  maksimum  yaitu,  ds18b20  sebesar  3.53%,  sensor  photodioda  sebesar 9.26%, dan sensor konduktivitas sebesar 5.23%. Dengan begitu, maka masing-masing sensor tersebut dapat  diaplikasikan  pada  sistem  deteksi  kekeruhan  dan  jumlah  zat  padat  terlarut  dalam  air  yang portable .

## REFERENSI
[1] Deril,  M.,  &  Noviriani.  Uji  Parameter  Air  Minum  Dalam  Kemasan  (AMDK)  di  Kota Surabaya. Jurnal Ilmiah Teknik Lingkungan Vol.6 No.1 .
[2] Nasrudin,  A.  A.,  &  Dzulkiflih.  (2015).  Rancang  Bangun  Aplikasi  Lux  meter  BH1750 Sebagai Alat Ukur Kekeruhan Air Berbasis Mikrokontroler. Jurnal Inovasi Fisika Indonesia .
[3] Yudha, Y. A., Pakereng, M. I., & Wellem, T. (2013). Perancangan Dan Implementasi Sistem Monitoring  Suhu  Ruangan  Penyimpanan  Vaksin  Berbasis  Mikrokontroler. Universitas Kristen Satya Wacana .
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA