## Prototipe Alat Ukur Luas Lingkaran dalam Silinder Tegak Menggunakan Sensor Ultrasonik
1 Willi Sutanto, 2 Sutanto Hadisupadmo, 3,1 Rima Widyasti& 4,1 Annisa Salsabiila
1 Akademi Metrologi dan Instrumentasi
2 Institut Teknologi Bandung
1 willi.sutanto@gmail.com
2 sutanto@tf.itb.ac.id
3 rimawidya0107@gmail.com
4 nisapearce@gmail.com

## Abstrak
Prototipe yang dibuat dalam penelitian ini dapat menentukan luas lingkaran dalam silinder tegak secara otomatis.Silinder tegak  yang  diukur  adalah  silinder  berbahan  akrilik  berdiameter  30  cm  dan  tinggi  30  cm  yang  dianggap  mewakili  Tangki Ukur  Tetap  Silinder  Tegak  atau  TUTSIT.Prototipe  ini  menggunakan  komponen  inti  berupa  sensor  ultrasonik  berjenis HCSR04,  bergerak  dengan  bantuan  motor  stepper  dan  mikrokontroler  Arduino  Mega.  Secara  umum,  prototipe  telah berfungsi  dengan  baik  dalam  mengukur  jarak  hingga  sejauh  100  cm.  berdasarkan  hasil  pengujian,  untuk  pemasangan sensor  ultrasonikbaik  secara  horizontal  dan  vertical,  daerah  ukur  pembacaan  sensor  pada  sumbu-x  dan  sumbu-y menunjukan  daerah  ukur  yang  hampir  sama  dan  meningkat  seiring  bertambahnya  besar  jarak  yang  diukur.  Linearitas penunjukan  jarak  0-100  cm  dari  prototipe  memenuhi  persamaan  y  =  0,98  x  +  0,9091  dengan  nilai  R 2 sebesar  99,98%. Dengan jarak yang sama, selisih terbesar pembacaan prototipe pada uji histerisis terjadi pada titik 0 cm yaitu sebesar 2 cm.  Pada  pengujian  kemampuan  pembacaan  jarak  ketika  sensor  berputar  dengan  kelipatan  45 0 ,  prototipe  dapat menunjukkan  jarak  sesuai  dengan  jarak  yang  ditentukan.  Adapun  pada  pengukuran  luas  lingkaran  dalam  silinder  pada ketinggian 15 cm dan 21, prototipe menunjukkan kesalahan -7,84% dan presisi 100%. Pengukuran ini diperoleh melalui pengukuran jari-jari dalam lingkaran dalam silinder di delapan titik.
Keywords:TUTSIT, silinder tegak,luas lingkaran dalam, sensor ultrasonik, Arduino mega

## 1 Pendahuluan
Tangki Ukur Tetap Silinder Tegak atau disingkat TUTSIT (Gambar 1) merupakan sebuah tangki ukur yang terdiri dari silinder yang berdiri tegak, diletakkan di tempat yang tetap serta atap berbentuk kerucut atau kubah[1]. Sesuai  dengan  namanya,  TUTSIT  digunakan  sebagai  alat  ukur,  khususnya  untuk  mengukur  volume  cairan. Cairan-cairanyang  dimaksud  adalah  bahan  bakar  minyak,  bahan  bakar  gas  yang  dicairkan,  cairan  nabati, alkohol,  cairan  kimia  dan  air  yang  memiliki  tekanan  mendekati  tekanan  udara  luar[1].  Berdasarkan  hal tersebut,  TUTSIT  perlu  dijaga  akurasi  penunjukan  volumenya  dengan  dikalibrasi  secara  rutin  yang  mengacu pada aturan Metrologi Legal yang sering disebut sebagai tera/tera ulang[2].

## Gambar 1 TUTSIT[3]
Salah satu cara yang digunakan untuk menguji penunjukan volume TUTSIT dalam tera/tera ulang adalah cara geometrik.  Cara  ini  melibatkan  minimal  dua  orang  yang  menggunakan  alat  ukur  untuk  mengukur  dimensi TUTSIT  semisal  keliling  lingkaran,  tinggi  tangki  serta  koreksi  benda-benda  atau  bagian-bagian  yang  ada  di dalam  tangki  untuk  menentukan  volume  Tangki  yang  sebenarnya.  Penentuan  volume  tangki  menggunakan metode ini dilakukan dengan pengukuran dimensi tangki bagian luar untuk menentukan volume tangki bagian dalam.  Beberapa  alat  yang  sering  digunakan  dalam  cara  ini  adalah  meteran  untuk  mengukur  lingkaran  luar TUTSIT,  ban  ukur  untuk  mengukur  tinggi  TUTSIT,  Teodolit  atau  Total  Station  untuk  menentukan  dimensi TUTSIT.Dimensi  yang  dimaksud  adalah  keliling,  selisih  jari-jari,  tinggi,  dan  tebal  plat  TUTSIT.Khusus  dalam menentukan keliling dan selisih jari-jari TUTSIT,  proses pengukuran tersebut banyak dilakukan di luar TUTSIT dan pencatatan bersifat manual.
Dengan  menggunakan  teknik  geometrik  namun  berbeda  pendekatan,  sebuah  prototipe  alat  ukur  pernah dibuat  oleh  Irwanto  dan  Utamipada  tahun  2016  untuk  mensimulasikan  alat  yang  dapat  mengukur  dimensi dalam sebuah tangki silinder. Dimensi yang dimaksud adalah jari-jari dan luas lingkaran dalam sebuah silinder tegak  ideal  yang  dianggap  mewakili  sebuah  TUTSIT.Dengan  menggunakan  pendekatan  segi  banyak,  jari-jari tersebut  diukur  pada  empat  titik  yang  berbeda  dimana  sensor  berada  di  pusat  silinder.  Alat  tersebut  dibuat menggunakan sensor ultrasonik berbasis mikrokontroler serta menggunakan motor dan potensiometer dalam membantu pergerakan memutar dari sensor ketika melakukan pengukuran jari-jari lingkaran. Simulasi tangki yang  digunakan  pada  penelitian  tersebut  menggunakan  sebuah  benda  berbentuk  silinder  dengan  diameter alas berukuran 13 cm[4].
Dari  uraian  tersebut,  menarik  untuk  dilakukan  tiga  pengembangan  pada  prototipe  tersebut.  Pengembangan yang  pertama  adalah  metode  pendekatan  segi  banyak  pada  pengukuran  jari-jari  lingkaran  dilakukan  pada delapan  titik  yang  berbeda.  Pengembangan  yang  kedua  adalah  bagaimana  prototipe  dapat  berputar  sendiri dalam  melakukan  pengukuran  sehingga  dapat  mengefisienkan  waktu  pengukuran.  Pengembangan  yang terakhir adalah dalam penggunaan silinder ideal yang dijadikan simulasi diperbesar diameternya menjadi 30 cm.
Berdasarkan hal tersebut, tulisan ini akan membahas mengenai prototipe alat ukur yang dapat mengukur jari- jari  dan  luas  lingkaran  dalam  tangki  ukur  tegak  berbentuk  silinder  menggunakan  sensor  ultrasonik  berbasis mikrokontroler Arduino.

## 2 Tinjauan Pustaka
a. TUTSIT wajib di tera-tera ulang
Berdasarkan  peraturan  Menteri  Perdagangan  no  67  tahun  2018,  alat  ukur,  takar,  timbang  dan perlengkapannya yang wajib ditera-tera ulang adalah alat ukur yang digunakan dalam transaksi perdagangan untuk mengukur, menakar, atau menimbang untuk kepentingan umum, usaha, menyerahkan atau menerima barang,  menentukan  pungutan  atau  upah,  menentukan  produk  akhir  dalam  perusahaan,  dan/atau melaksanakan  peraturan  perundang-undangan[2].  Salah  satu  contoh  alat  ukur  takar  yang  wajib  di  tera-tera ulang  adalah  TUTSIT.  Hal  ini  dikarenakan  TUTSIT  digunakan  dalam  transaksi  perdagangan  untuk  menakar cairan-cairan tertentu yang diatur dalam peraturan perundang-undangan.
b. Sensor Ultrasonik
Sensor  ultrasonik  memiliki  bentuk  dan  cara  kerja  seperti  yang  ditunjukkan  oleh  Gambar  2.1  di  bawah  ini. Sensor  tersebut  memiliki  bagian  penembak  gelombang  ultrasonik  ( trigger atau transmitter )  dan  penerima gelombang  ( echo atau receiver ).  Sensor  ini  mengukur  jaraknya  terhadap  suatu  objek  ukur  berdasarkan perkalian  antara  kecepatan  gelombang  dan  setengah  waktu  tempuh  gelombang  tersebut  kembali  ke  sensor (diterima  oleh  bagian echo )  setelah  menumbuk  objek  ukur  tersebut.  Umumnya  sensor  ultrasonic  yang digunakan  dalam  penelitian  ini,  berjenis  HC-SR04,  bekerja  berdasarkan  prinsip  piezoelektrik.  Hal  ini dikarenakan  baik  bagian transmitter maupun receiver dibuat  dari  bahan  yang  memiliki  sifat piezoelektrik.Ketika  sensor  diberikan  tegangan  maka  bahan  piezoelektrik  pada  bagian  transmitter  akan membuat bahan piezoelektrik berdeformasi atau mengalami getaran mekanik. Getaran tersebut berupa suara berfrekuensi  tinggi  (ultrasonik)akan  dikirim  sebagai  sinyal trigger melalui  media  pengiriman  (udara)  hingga menumbuk  suatu  objek  yang  kemudian  dipantulkan.  Pantulan  sinyal  tersebut  yang  kemudian  disebut  sinyal echo akan diterima oleh bagian receiver. Pada bagian receiver ini, bahan piezoelektrik akan mengubah sinyal mekanik  tersebut  menjadi  sinyal-sinyal  listrik.  Sinyal-sinyal  listrik  inilah  yang  akan  dikirimkan  ke  bagian pengolah sinyal untuk digunakan dalam menghitung jarak yang dibaca oleh sensor.
(a)
(b)
Gambar 2.1(a) Sensor Ultrasonik HC-SR04[5] (b)Cara kerja sensor ultrasonik[6]
c. Penelitian terdahulu
Penelitian mengenai prototipe alat ukur luas penampang melintang atau lingkaran dalam dari sebuah silinder tegak  yang  mensimulasikan  sebuah  TUTSIT  pernah  dilakukan  oleh  Irwanto  dan  Utami  pada  tahun  2016[4]. Prototipe  tersebut  menggunakan  komponen  inti  berupa  mikrokontroler  Arduino  Uno,  serta  sensor  ultrasonik berjenis  HC-SR04  yang  bergerak  dengan  bantuan  motor  dan  potensiometer.  Fungsi  potensiometer  pada prototipe  ini  adalah  untuk  menggerakan  motor  sehingga  bergerak  memutar  sebesar  sudut  yang  diinginkan. Prototipe tersebut dapat mengukur luas penampang lingkaran dalamsuatu silinder berdiameter 13 cm dengan menggunakan  pendekatan  segi  banyak  dimana  jari-jari  dari  lingkaran  yang  diukur  dilakukan  di  empat  titik yang  berbeda,  yaitu  0 0 ,  90 0 ,  180 0 ,  dan  270 0 . Kelemahan  dari  penelitian  tersebut  adalah  dalam  proses pengukuran  masih  terdapat  campur  tangan  operator  dalam  mengukur  jari-jari  pada  ke  empat  titik  tersebut karena penggunaan potensiometer. Selain itu, alas silinder yang berupa lingkaran akan lebih akurat jika jari- jarinya diukur lebih dari empat titik. Oleh karena itu, pada penelitian ini prototipe tersebut akan dikembangkan metode  pendekatan  pengukuran  jari-jari  lingkarannya  menjadi  delapan  titik,  yaitu  pada  sudut  0 0 ,  45 0 , 90 0 , 135 0 , 180 0 , 215 0 , 270 0 , dan315 0 dan 270 0 serta proses pengukuran dilakukan secara otomatis .

## 3 Metode Penelitian
a. Spesifikasi prototipe dan objek ukur
Spesifikasi  yang  dijadikan  acuan  dalam  membuat  prototipe  dan  objek  ukur  terdiri  dari  8  unsur.  Kedelapan unsur tersebut adalah:
1) Sensor  yang  digunakan  untuk  mengukur  jari-jari  silinder  adalah  sensor  ultrasonik  HCSR04  dengan rentang pembacaan 2–400 cm.
2) Mikrokontroler yang digunakan adalah Arduino Mega 2560.
3) Prototipe memiliki daya baca atau resolusi sebesar 1 cm.
4) Prototipe  dapat  mengukur  jarak  dari  sensor  ke  delapan  titik  tujuan  secara  bergantian  yang  dilakukan dengan berputar.
5) Delapan titik pada dinding silinder yang diukur jaraknya dari titik pusat silinder dibuat berdasarkan pada selisih sudut antara satu titik ke titik lainnya yang berdekatan dari titik awal sebesar 45 0 .
6) Objek ukur adalah berupa silinder tegak berbahan akrilik dengan tebal 3 mm, diameter 30 cm dan tinggi 30 cm.
7) Suhu dan Kelembaban diabaikan pengaruhnya pada hasil penunjukan prototipe.
8) Alat  bantu  dalam  pembuatan  objek  ukur  semisal  penggaris,  dan  busur  derajat  sudah  dikalibrasi  di Direktorat Metrologi, Bandung.
b. Rancang Bangun Prototipe
Prototipe dirancang dan dibangun mengikuti diagram blok pada Gambar 3.1.(a) dan komponen penyusunnya berupa  perangkat  keras  dirangkai  seperti  yang  ditunjukkan  oleh  Gambar  3.1.(b)  di  bawah  ini.  Diagram  blok pada  Gambar  3.1.(a)  menjelaskan  proses  kerja  prototipe  dalam  melakukan  pengukuran.  Prototipe memperoleh  input  yang  berasal  dari  sensor  ultrasonik  HCSR04,  sensor  DHT  11,  RTC  DS1302, push  button ON/OFF  dan  push  button  reset .  Sensor  DHT  11  memberikan  input  berupa  suhu  ( 0 C)  dan  kelembaban  (%). Kedua  input  tersebut  penting  diperhatikan  dalam  melakukan  kalibrasi  atau  tera/tera  ulang  TUTSIT dikarenakan  dapat  mempengaruhi  hasil  pengukuran  jari-jari  lingkaran  dalam  TUTSIT  dimana  TUTSIT  dibuat dari bahan logam yang dapat melengkung pada suhu atau kelembaban tertentu. Namun demikian, pengaruh dari  kedua  faktor  tersebut  diabaikan  dalam  penilitian  ini.  Sensor  ultrasonik  memberikan  input  berupa  jarak antar  sensor  dengan  objek  ukur  (cm).  Modul  RTC  DS1302  memberikan  input  berupa  tanggal  dan  waktu pengukuran.  Adapun push  button memberikan  input  berupa  perintah  menyala  (ON)  atau  matinya  (OFF) prototipe.  Ketika  prototipe  ON  maka  melalui  modul  driver  ULN2003,  motor  stepper  akan  bergerak  memutar bersamaan  dengan  sensor  ultrasonik  yang  dipasangkan  di  atas  motor  tersebut.  Artinya,  proses  pengukuran akan berjalan. Sebaliknya, pada saat prototipe OFF maka prototipe akan berada pada kondisi mati dan proses pengukuran  akan  berhenti.  Mikrokontroler  berupa  Arduino  Mega  2560  akan  menerima,  mengolah,  dan mengontrol sinyal-sinyal input  tersebut untuk kemudian  akan mengirimkan outputnya berupa teks  berformat TXT  oleh  modul  MicroSD  Adapter  dan  teks  dalam  tampilan  digital  oleh  modul  LCD  20x4. Power  supply yang digunakan  untuk  memberi  daya  pada  prototipe  ini  berasal  dari  adaptor  12V  DC.  Untuk  mengulang  proses pengukuran dari awal tanpa mematikan prototipe dapat menggunakan push button reset .
Sensor DHT 11 MicroSD Adapter
Ultrasonik HCSR04 Arduino Mega 2560 RTC DS1302 LCD 20x4 Motor Stepper 28BYJ-48 Driver ULN2003 Push Button Power Supply (a) (b)
Gambar 3.1 (a)Diagram Blok Prototipe(b)Rangkaian Prototipe
c. Perancangan objek ukur
Untuk  mempermudah  mengetahui  akurasi  prototipe  alat  ukur  yang  akan  dibuat,  objek  ukur  yang  mewakili TUTSIT haruslah  diketahui  ukurannya.  Oleh  karena  itu, dibuat silinder tegak  berbahan akrilik dengan tebal 3 mm, diameter dalam 30 cm dengan tinggi 30 cm. Silinder tersebut dapat dilihat seperti pada Gambar 3.2.(a). Selain itu, dibuat pula sebuah lingkaran akrilik yang diberi tanda sebagai patokan titik ukur sebanyak delapan titik.  Kedelapan  titik  pada  sisi  lingkaran  dihubungkan  dengan  titik  pusat  lingkaran  sehingga  membentuk sebuah juring. Masing-masing juring memiliki sudut sebesar 45 0 (lihat Gambar 3.2.(b)).Kedelapan titik tersebut adalah  titik  di  0 0 ,45 0 ,  90 0 ,  135 0 ,  180 0 ,  225 0 ,  270 0 ,  dan  315 0 .  Lingkaran  ini  digunakan  dengan  cara meletakkannya  sebagai  alas  di  dalam  silinder  tegak  dan  tepat  di  bawah  sensor  ultrasonik.  Fungsi  dari lingkaran ini adalah untuk memvalidasi putaran sensor agar semua titik yang diinginkan dapat diukur. Selain itu, kedelapan titik pada lingkaran tersebut memberikan panduan bahwa lingkaran dipecah menjadi delapan bagian  yang berupa juring. Dengan  menggunakan konsep luas lingkaran maka dapat ditentukan bahwa  luas masing-masing  juring  adalah  1/8  luas  lingkaran.  Dengan  demikian,  luas  total  lingkaran  adalah  8  kali  luas juring. Hal ini berarti dalam proses penentuan luas lingkaran dalam silinder, ultrasonik hanya akan mengukur jarak dari titik pusat O ke sisi/dinding silinder berupa jari-jari dalam satuan sentimeter (cm) untuk selanjutnya ditentukan kedelapan luas juring yang akan dijumlahkan untuk memperoleh luas lingkaran.
(a) (b)
Gambar 3.2.(a) Silinder tegak berbahan akrilik  (b)Alas silinder tegak

## 4 Hasil dan Pembahasan
Hasil  dan  pembahasan  rancang  bangun  prototipe  dan  objek  ukur  dapat  dibahas  dalam  tiga  tahapan.  Tahap pertama dari sisi hardware. Tahap kedua dari sisi software . Akhirnya, tahap ketiga dari sisi hasil pengukuran.
a. Prototipe dan objek ukur dari sisi hardware
Secara hardware ,  hasil dari  perancangan prototipe alat  ukur dan  objek  ukur dapat dilihat pada  Gambar 4.1. Gambar  tersebut  menunjukkan  prototipe  alat  ukur  terbagi  dalam  dua  bagian  utama  yaitu  bagian  pengukur dan bagian kontrol serta display (penampil) penunjukan sensor. Bagian pengukur terdiri dari bagian pengukur jarak dan bagian pengukur suhu dan kelembaban. Bagian ini diletakkan di dalam objek ukur. Bagian pengukur jarak terdiri dari sensor ultrasonik yang disangga menggunakan sebuah penyangga alumunium yang berfungsi
juga  sebagai  poros.  Penyangga  tersebut  dihubungkan  ke  sebuah pinion  gear . Pinion  gear dihubungkan dengan  sebuah pinion  gear lainnya yang terhubung  ke motor  stepper agar  sensor  dapat  bergerak  memutar. Pinion  gear tersebut  bersamaan  dengan slip  ring berfungsi  untuk  menjaga  agar  kabel-kabel  konektor  yang terhubung antar sensor ultrasonik dan Arduino Mega tidak terlilit. Untuk memudahkan poros berputar secara stabil, selain menggunakan pinion gear juga digunakan bearing block. Bagian pengukur suhu dan kelembaban merupakan  sensor  DHT  11  yang  dihubungkan  langsung  ke  bagian  kontrol  dalam  hal  ini  ke  Arduino  Mega 2560. Untuk bagian kontrol, komponen-komponen penyusunnya terdiri dari Arduino Mega 2560, push button, RTC DS1320 , MicroSD Adapter, dan LCD 20x4. Komponen-komponen tersebutdisimpan dalam sebuah kotak sedemikian  sehingga  yang  terlihat  dari  luar  hanyalah  kabel-kabel  konektor,  bagian  penampil  data  oleh  LCD 20x4, bagian kontrol oleh tombol ON/OFF dan tombol reset. Tombol ON/OFF berfungsi untuk menghidupkan atau  mematikan  prototipe  sedangkan  tombol  reset  berguna  untuk  mengatur  ulang  kondisi  pengukuran  dari awal.  Bagian kontrol dan display ini diletakkan di  luar  objek ukur.  Adapun objek  ukur terdiri dari dua  bagian yaitu silinder tegak berbahan akrilik dengan diameter 30 cm dan tinggi 30 cm serta lingkaran akrilik dengan diameter  yang  sama  dengan  alas  silinder.  Lingkaran  akrilik  tersebut  diletakkan  di  dalam  silinder  dan  diberi tanda garis yang menghubungkan titik tengah ke sisi silinder sebagai  penanda delapan buah titik yang akan diukur jari-jarinya oleh prototipe yang telah dibuat.
Gambar 4.1Prototipe alat ukur (a dan b) dan objek ukur (c)
Pada penelitian ini, lingkaran dalam silinder dianggap memiliki diameter 30 cm. Hal ini didasarkan pada dua faktor.  Faktor  yang  pertama  adalah  lingkaran  alas  bergaris  yang  berdiameter  sebesar  29,97  cm  dapat diletakkan dengan mudah ke dalam tangki yang dibuat oleh pabrikan pembuat silinder akrilik yang mengklaim diameternya  30  cm.  Lingkaran  tersebut  telah  diukur  dimensinya  menggunakan Coordinate  Measuring Machine (CMM) di Direktorat Metrologi, Bandung. Faktor yang kedua adalah resolusi sensor ultrasonik adalah 1  cm  sehingga  walaupun  ada  selisih  jarak  pada  beberapa  titik  antara  lingkaran  alas  dengan  dinding  yang sejajar  dengan  lingkaran  tersebut  masih  kurang  dari  0,5  cm.  Artinya,  selisih  jarak  tersebut  dapat  diabaikan. Adapun  garis-garis  yang  melintang  pada  lingkaran  tersebut  dimana  masing-masing  juringnya  bersudut  45 0 telah dibuat menggunakan penggaris dan busur derajat yang sudah dikalibrasi.
b. Hasil Prototipe dari sisi software
Secara software ,  Arduino  Mega  2560  diisi  dengan  program  yang  dibuat  menggunakan software Arduino  IDE versi  1.82  agar  prototipe  alat  ukur  tersebut  dapat  berfungsi  sebagaimana  mestinya.  Program  tersebut membuat  semua  komponen  penyusun  prototipe  dapat  berfungsi  seperti  yang  dijelaskan  pada  bab  3.  Ketika tombol ON/OFF pada prototipe ditekan sehingga berada pada kondisi ON maka Arduino akan memerintahkan motor  stepper  untuk  bergerak  memutar  secara  otomatis  sebesar  45 0 dan  berhenti  sejenak  agar  sensor ultrasonik dapat mengukur jarak antara sensor dengan dinding silinder tegak. Selain itu, sensor DHT11 akan mengukur suhu  dan  kelembaban lingkungan  serta  RTC  DS1302 akan memberikan  input  waktu dan  tanggal. Hasil dari ketiga komponen tersebut berupa penunjukan tanggal dan waktu, suhu dan kelembaban, serta jari- jari dan luas lingkaran. Data tersebut akan diolah oleh Arduino Mega untuk ditampilkan pada layar LCD (lihat Gambar 4.2) dalam bentuk tampilan digital dan disimpan dalam format .TXT di MicroSD. Motor Stepper akan berhenti  berputar  jika  Tombol  ON/OFF  ditekan  sehingga  berada  pada  kondisi  OFF.  Untuk  tombol  reset,  hasil yang diperoleh adalah proses pengukuran akan dimulai dari awal dan membuat tampilan LCD kembali seperti ketika awal mula dihidupkan. Selain itu juga, tombol reset ini membuat data pengukuran yang diambil dimulai dari sudut 0 0 . Akan tetapi, motor tidak kembali pada posisi semula sehingga posisi motor ketika tombol reset ditekan maka posisi tersebut dianggap sebagai posisi dengan sudut 0 0 .
Gambar 4.2Tampilan layar LCD ketika prototipe berfungsi
c. Hasil Prototipe dari sisi karakteristik pengukuran
(a) (b) (c)
Gambar 4.3(a) Ilustrasi pengujian daerah ukur pembacaan sensor ultrasonic (b) posisi sensor yang dipasang secara horizontal (c) posisi sensor yang dipasang secara vertikal
Sebelum  digunakan  untuk  mengukur  jari-jari  dan  luas  lingkaran  dalam  silinder  tegak,  prototipe  yang  telah dibuat diuji karakteristiknya. Karakteristik yang diuji adalah pengujian daerah ukur dan penunjukannyasensornya.Pengujian  daerah  ukur  dapat  diilustrasikan  seperti  pada  Gambar  4.3.(a).  Sensor ultrasonik yang dipasang secara horizontal(Gambar 4.3.(b))atau vertikal(Gambar 4.3.(c))di atas motor stepper berada  pada  jarak  BC  dari  objek  ukur  PQRS.  Jarak  BC  sama  dengan  jarak  AD,  EG,  dan  FH  yang  diukur menggunakan  penggaris  dan  berbeda-beda  besarnyatergantung  pengujiannya.  Pengujian  yang  dimaksud dilakukan di empat titik, yaitu 25 cm, 50 cm, 75 cm, dan 100 cm. Titik F merupakan posisi titik tengah antara transmitter dan receiver dari sensor ultrasonik. Posisi sensor dibuat sedemikian rupa sehingga besar jarak FH dan BC adalah sama. Daerah ukur pada sumbu-x di sebelah kiri dapat diperoleh dengan cara menambahkan objek  ukur  lainnya,  sebut  saja  objek  pengganggu  sepertibenda  OP1  dan  OP2yang  memiliki  ketebalan  lebih dari  1  cm  di  depan  objek  ukur  PQRS.  Kedua  objekpengganggu  tersebut  yang  berada  di  depan  objek  ukur tersebut kemudian digeser posisinya secara bertahap sehingga penunjukan sensor dalam membaca jarak BC menjadi berubah. Secara horizontal atau berdasarkan sumbu-x, jarak maksimal sehingga penunjukan sensor tidak berubah dari  yang seharusnya ditunjukkan oleh nilai a.  Nilai a  ini sama-sama  dimiliki  oleh segmen LO, MH, dan IG, OK, HN, dan GJ. Untuk daerah ukur berdasarkan sumbu-y atau vertical, nilai maksimal jarak ukur sensor ultrasonik dari titik tengahnya H ditunjukkan oleh nilai b. Nilai ini sama-sama dimiliki oleh segmen KN, KJ,  OH,  HG,  LM,  dan  MI.  Nilai  a dan  b  untuk  empat  jarak  yang berbeda-beda dapat dilihat pada  Tabel 4.1 di bawah ini. Nilai tersebut diperoleh pada suhu dan kelembaban pengujian rata-rata 28 o C dan 65%.
Tabel 4. 1 Data daerah ukur sensorultrasonik
Jarak Objek Ukur pemasangan ultrasonik Daerah ukur di sumbu 25 cm 50 cm 75 cm 100 cm Horizontal x (cm) 3 4 5 6 y (cm) 2 3 5 6 Vertikal x (cm) 3 4 5 6 y (cm) 2 4 5 6
Berdasarkan  Tabel  4.1,  lebar  jarak  x  dan  tinggi  y  semakin  membesar  seiring  bertambahnya  jarak  antara sensor  ultrasonik  dengan  objek  ukur.  Secara  umum,  baik  sensor  ultrasonik  yang  dipasang  secara  horizontal dan vertical serta berjarak 25 cm dari objek ukur, daerah ukur sensornya adalah sebesar 6 cm untuk lebarnya dan 4 cm untuk tingginya. Untuk jarak 50 cm, lebar daerah ukur sensornya adalah 8 cm sedangkan lebarnya 6  cm  untuk  horizontal  dan  8  cm  untuk  vertical.  Untuk  jarak  75  cm,  lebar  dan  tinggi  daerah  ukur  sensornya adalah sama-sama sebesar 10 cm. Adapun untuk jarak  100  cm, lebar daerah ukur sensornya adalah sama- sama sebesar 12 cm.
Pengujian  penunjukan  sensor  ultrasonik  dilakukan  dengan  dua  tahapan.  Pada  setiap  tahapan,  pengambilan data dilakukan sebanyak  lima  kali.  Tahapan yang pertama adalah pengukuran jarak pada  titik yang berbeda ketika  sensor  tidak  bergerak.  Pada  bagian  ini,  pengukuran  dilakukan  dua  kali  yaitu  ketika  sensor  dipasang secara vertical dan horizontal. Selain itu, pengukuran dilakukan dengan nilai jarak yang bertambah (naik) yang dimulai dari jarak 0 cm hingga jarak 100 cm. Kemudian, pengukuran dilakukan sebaliknya dimulai dari jarak 100  cm  menuju  0  cm  untuk  melihat  histerisisnya.  Untuk  setiap  pengujian  tersebut,  suhu  dan  kelembaban pengujian  rata-ratanya  adalah  28 o C  dan  65%.  Adapun  hasil  pengujiannya  dapat  dilihat  pada  Gambar  4.4. Berdasarkan  grafik  tersebut,  baik  sensor  dipasang  secara  vertical  ataupun  horizontal,  penunjukan  prototipe pada masing-masing titik uji (0 cm, 10 cm, 20 cm, 30 cm, 40 cm, 50 cm, 60 cm, 70 cm, 80 cm, 90 cm, dan 100  cm)  memberikan  hasil  yang  sama  baik  untuk  pembacaan  jarak  yang  menaik  dan  menurun. Penyimpangan  penunjukan  terhadap  titik  acuan  (penggaris)  terjadi  pada  titik  0  cm, 80  cm,  90 cm,  dan  100 cm  dengan  besar  kesalahan  masing-masing  adalah  2,  -1,  -1,  dan  -1.  Selain  titik-titik  tersebut,  prototipe memberikan  penunjukan  jarak  yang  sesuai  dengan  titik  acuan.  Oleh  karena  itu,  data  yang  dimiliki  tidak menunjukkan  grafik  linear  ideal  melainkan  mendekati  grafik  linear  dengan  persamaan  y  =  0,98  x  +  0,9091 dan nilai R 2 sebesar0,99 atau 99,98%.
Gambar 4.4 Grafik penunjukan prototipe pada jarak yang berbeda
Untuk  pengukuran  pada  tahapan  yang  kedua  dilakukan  setelah  sensor  berputar  mengikuti  sistem  mekanik motor.  Hasilnya  dapat  dilihat  pada  Tabel 4.2.  Pada  pengujian  ini  pengambilan  data  dilakukan  sebanyak  tiga kali  baik  ketika  sensor  dipasang  secara  horizontal  maupun  secara  vertikal.  Ilustrasi  sudut  acuan  yang digunakan pada pengujian ini seperti yang ditampilkan oleh Gambar 3.2.(b). Pada setiap titik diletakkan suatu objek ukur pada jarak 25 cm dan 50 cm. Berdasarkan tabel tersebut, putaran sensor mengikuti besar sudut acuan  yang  telah  ditentukan.  Selain  itu,  pada  setiap  titik  dengan  jarak  25  cm  dan  50  cm,  hasil  pengukuran prototipe dengan kedua jarak tersebut di setiap titik memberikan hasil yang sama dengan titik pengujian.
2 10 20 30 40 50 60 70 79 89 99 2 10 20 30 40 50 60 70 79 89 99 y = 0,98x + 0,909 R² = 0,999 y = 0,98x + 0,909 R² = 0,999 0 20 40 60 80 100 120 0 20 40 60 80 100 120 pa nj an g pen ggaris (cm ) Pembacaan prototipe (cm) Pembacaan jarak oleh prototipe Naik Turun Linear (Naik)
Linear (Turun)
Tabel 4.2Pengujian Sudut Putar Motor Stepper Vertikal Horizontal Titik Pengujian (cm) Titik Pengujian (cm) Sudut uji ( 0 ) 25 50 25 50 0 25 50 25 50 45 25 50 25 50 90 25 50 25 50 135 25 50 25 50 180 25 50 25 50 225 25 50 25 50 270 25 50 25 50 315 25 50 25 50 360 25 50 25 50
d. Hasil Prototipe dari sisi pengukuran objek ukur
Proses pengukuran objek ukur dilakukan dengan memperhatikan beberapa kriteria baik terhadap objek ukur, prototipe, serta metode ukur yang digunakan. Kriteria yang diperhatikan pada objek ukur adalah pembatasan dimensi  objek  ukur  yang  digunakan.  Silinder  tersebut  dianggap  memiliki  diameter  dalam  ideal  30  cm  dan berlaku  di  setiap  ketinggian,  mulai  dari  alas  hingga  atap  silinder.  Dengan  demikian,  luas  penampang melintang  lingkaran  akrilik  yang  sebenarnya  adalah  707,14  cm 2 .  Hal  ini  dikarenakan  lingkaran  akrilik  yang telah  diukur  menggunakan  CMM  dan  diletakkan  di  dalam  silinder  sebagai  alas  memiliki  diameter  rata-rata 29,97 cm. Jika dilihat dibeberapa titik serta diukur menggunakan penggaris, perbedaan alas silinder ataupun lingkaran  atap  silinder  tegak  dengan  lingkaran  akrilik  sebesar  kurang  lebih  1-2  mm.  Selain  itu,  sensor ultrasonik memiliki resolusi sebesar 1 cm sehingga selisih diameter lingkaran dengan alas atau dinding akrilik bisa diabaikan.
Pada  sisi  prototipe,  pemasangan  sensor  ultrasonik  pada  motor  stepper  dapat  mempengaruhi  hasil pengukuran.  Oleh  karena  itu,  pengukuran  luas  lingkaran  dalam  silinder  dilakukan  ketika  sensor  dipasang secara  vertical  dan  horizontal  pada  ultrasonik.  Pada  kondisi  vertical,  pemasangan  yang  dimaksud  berarti komponen echo dan trigger berada  pada  posisi  sejajar  secara  vertical.  Untuk  pemasangan  sensor  secara horizontal, hal tersebut berarti komponen echo dan trigger berada pada posisi sejajar secara horizontal.
Untuk metode yang digunakan dalam pengukuran, terdapat tiga aspek yang diperhatikan. Aspek yang pertama adalah  posisi  ketinggian  sensor  ultrasonik  dari  alas  silinder  dalam.  Posisi  ketinggian  yang  digunakan  adalah pada ketinggian 15 cm dan 21 cm. Aspek yang kedua adalah jumlah titik pada sisi dalam silinder yang diukur jaraknya dari titik tengah silinder. Jumlah titik tersebut terdiri dari delapan titik yang ditentukan berdasarkan besar  sudut  terhadap  posisi  awal.  Titik-titik  tersebut  adalah  titik  di  0 0 ,45 0 ,  90 0 ,  135 0 ,  180 0 ,  225 0 ,  270 0 ,dan 315 0 . Aspek yang ketiga adalah penentuan titik nol pembacaan jarak akibat posisi sensor. Dikarenakan posisi sensor  tidak  menempel  pada  alas  lingkaran  yang  memiliki  tanda  titik  tengah  sehingga  penentuan  titik  nol dilakukan  dengan  cara  coba-coba  dengan  menambahkan  koreksi  tetap  sebesar  1,4  cm.  Koreksi  tersebut diperoleh dengan cara mengukur panjang sensor dari titik nol yang diinginkan.
Hasil  pengukuran  jari-jari  dan  luas  lingkaran  dalam  silinder  dapat  dilihat  pada  Tabel  4.3.  Hasil  pengukuran tersebut diperoleh ketika sensor ultrasonik dipasang baik secara vertical maupun horizontal dan diletakkan di tengah-tengah silinder pada ketinggian 15 cm dari alas silinder dan pada ketinggian 21 cm. Selain itu, suhu dan  kelembaban  pengujian  rata-ratanya  adalah  28 o C  dan  65%.  Pembacaan  jari-jari  pada  setiap  pengujian ditambahkan  nilai  koreksi  sebesar  1,4  cm.  Nilai  koreksi  tersebut  merupakan  nilai  kompensasi  peletakkan sensor dan motor agar berada sejajar dengan di titik tengah alas silinder. Pada pengujian pertama, hasil rata- rata pembacaan jari-jari pada kedelapan titik adalah 14,4 cm. Adapun total luas juring yang merupakan luas lingkaran  dalam  adalah  651,70  cm 2 .  Setelah  dibandingkan  dengan  luas  sebenarnya  sebesar  707,14  cm 2 , kesalahan  pembacaan  luas  lingkaran  dalam  oleh  prototipe  adalah  sebesar  -55,44  cm 2 .  Secara  keseluruhan dari 10 kali pengujian, penunjukan rata-rata di prototipe untuk jari-jari lingkaran dalam silinder adalah sebesar 14,4 cm. Untuk luas lingkaran dalam rata-rata penunjukannya adalah sebesar 651,70 cm 2 . Dengan demikian, rata-rata  kesalahan  penunjukan  luas  lingkaran  dalam  prototipe  adalah  sebesar  -55,44  cm 2 .  Hal  ini menyebabkan  penunjukan  prototipe  untuk  luas  lingkaran  dalam  silinder  memiliki  standar  deviasi  sebesar  0 cm 2 ,bias sebesar 55,44 cm 2 , persentase kesalahan sebesar -7,84 %, dan nilai presisi sebesar 100%.
Tabel 4.3 Pembacaan jari-jari dan luas lingkaran dari sensor pada ketinggian 15 cm dan 21 cm
Pengujian Di ketinggian 15 cm Di ketinggian 21 cm Luas Sebenarnya Error ke- Jari-jari (cm) Luas Lingkaran (cm²) Jari-jari (cm) Luas Lingkaran (cm²) (cm²) (cm 2 ) 1 14,4 651.70 14,4 651.70 707.14 -55.44 2 14,4 651.70 14,4 651.70 707.14 -55.44 3 14,4 651.70 14,4 651.70 707.14 -55.44 4 14,4 651.70 14,4 651.70 707.14 -55.44 5 14,4 651.70 14,4 651.70 707.14 -55.44 6 14,4 651.70 14,4 651.70 707.14 -55.44 7 14,4 651.70 14,4 651.70 707.14 -55.44 8 14,4 651.70 14,4 651.70 707.14 -55.44 9 14,4 651.70 14,4 651.70 707.14 -55.44 10 14,4 651.70 14,4 651.70 707.14 -55.44 Rata-Rata 14,4 651.70 14,4 651.70 707.14 -55.44 Standar Deviasi (cm 2 ) 0 Kesalahan (%) -7.84 Presisi (%) 100

## 5 Kesimpulan dan Saran
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa prototipe telah berfungsi dengan baik untuk  dapat  mengukur  jarak  suatu  benda  hingga  sejauh  100  cm  dan  silinder  tegak  berdiameter  30  cm dengan tinggi 30 cm. Daerah ukur prototipe tersebut baik ketika sensor ultrasonik dipasang secara horizontal maupun  vertical  pada motor  stepper memiliki  besar  yang  hampir  sama  untuk  lebar  (x)  dan  tingginya  (y)  dan akan bertambah seiring bertambahnya jarak objek ukur dari prototipe. Untuk linearitas, hasil pembacaan jarak 0-100  cm  dengan  kelipatan  10  cm,  persamaan  linearitasnya  y  =  0,98  x  +  0,9091  dengan  nilai  R 2 sebesar 0,99  atau  99,98%  atau  bias  dikatakan  linear.  Pada  pengujian  histerisis,  pembacaan  prototipe  dengan  jarak yang  sama  memberikan  hasil  yang  sama  seperti  pada  pengujian  linearitas  baik  ketika  pembacaan  jarak menaik  ataupun  menurun.Selisih  terbesar  terjadi  pada  titik  0  cm  dengan  kesalahan  sebesar  2  cm.  Hal  ini dikarenakan karakteristik  pembacaan sensor pada  titik  tersebut akan selalu  menunjukkan nilai 2  cm.  Untuk pengujian  pembacaan  jarak  prototipe  ketika  sensor  berputar  dengan  kelipatan  45 0 ,  pembacaan  jarak prototipe sesuai dengan  jarak yang ditentukan.  Pengujian terakhir berupa menentukan luas lingkaran dalam silinder tegak pada ketinggian 15 cm dan 21 cm menunjukkan kesalahan sebesar -7,84% dan presisi 100%. Kesalahan  tersebut  dapat  diakibatkan  peletakan  bagian  pengukur  dari  prototipe  di  tengah-tengah  alas silinder, resolusi ultrasonik yang terbatas pada 1 cm serta asumsi diameter ideal silinder sebesar 30 cm.
Darikesimpulanyang diperoleh, saran untuk pengembangan prototipe ini lebih lanjut adalah dengan mengatasi penyebab  kesalahan  prototipe  ini  dalam  mengukur  objek  ukur  silinder  tegak.Beberapa  diantaranya  seperti dengan  menggunakan  sensor  pengukur  jarak  yang  lebih  akurat,  menggunakan  12  titik  acuan  pada  dinding silinderuntuk  mengukur  jari-jari  lingkaran  dalam  dan  memperhatikanfaktor  suhu  dan  kelembaban  dalam
pengukuran.  Dengan  demikian,  prototipe  yang  akan  dikembangkan  lebih  lanjut  dapat  digunakan  langsung dalam mengukur luas lingkaran dalam pada TUTSIT.

## 6 Referensi
[1] Dirjen PDN, “SK Dirjen PDN No. 25 Tahun 2010 ttg TUTSIT dan Lampiran.pdf.” Kementerian Perdagangan RI, Jakarta, 2010.
[2] K. Perdagangan, “Permendag No. 67 Tahun 2018 ttg Alat UTTP yg wajib tera-tera ulang,” no. 811. Kementerian Perdagangan RI, Jakarta, p. 20, 2018.
[3] Tim Viva, “Pertamina Akhirnya Kirim BBM ke Karimunjawa,” 2019. [Online]. Available: https://www.viva.co.id/berita/bisnis/1003419-pertamina-akhirnya-kirim-bbm-ke-karimunjawa.
[4] D. Irwanto and P. T. Utami, “Pengukuran Luas Penampang Dalam Silinder Dengan Pendekatan Segi Banyak Menggunakan Sensor Ultrasonik dan Potensiometer,” Institut Teknologi Bandung, 2016.
[5] Cytron Technologies, “Product User’s Manual – HC­SR04 Ultrasonic Sensor,” no. May. pp. 1–10, 2013.
[6] J. R. Club, “Ultrasonic Workshop,” pp. 4–7, 2019.

## 7 Acknowledgement
Tulisan  ini  adalah  hasil  proyek  akhir  mahasiswa  program  D3  Metrologi  dan  Instrumentasi  yang  dibantu pendanaannya  oleh  Teknik  Fisika  ITB  Fakultas  Teknik  Industri  melalui  Program  Pendampingan  Akademi Metrologi dan Instrumentasi.