I. PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi dari masa ke masa berkembang cepat terutama dibidang otomasi industri. Perkembangan ini tampak jelas di industri pemabrikan, dimana sebelumnya banyak pekerjaan menggunakan tangan manusia, kemudian beralih menggunakan mesin. Model apapun yang digunakan dalam sistem otomasi pemabrikan sangat tergantung kepada keandalan sistem kendali yang dipakai. Hasil penelitian menunjukan  secanggih apapun sistem kendali yang dipakai akan sangat tergantung kepada sensor maupun transduser yang digunakan.

Sensor merupakan peralatan atau komponen yang mempunyai peranan penting dalam sebuah sistem pengaturan otomatis. Ketepatan dan kesesuaian dalam memilih sebuah sensor akan sangat menentukan kinerja dari sistem pengaturan secara otomatis. Sensor sering digunakan untuk pendeteksian pada saat melakukan pengukuran atau pengendalian. Secara umum berdasarkan fungsi dan penggunaannya sensor dapat dikelompokan menjadi 3 bagian yaitu sensor thermal (panas), sensor mekanis, dan sensor optik (cahaya).

temperatur merupakan salah satu dari empat besaran dasar yang diakui oleh Sistem Pengukuran Internasional (The International Measuring System). Lord Kelvin pada tahun 1848 mengusulkan skala temperature termodinamika pada suatu titik tetap triple point, dimana fase padat, cair dan uap berada bersama dalam equilibrium, angka ini adalah 273,16 oK ( derajat Kelvin) yang juga merupakan titik es.


Untuk mengukur suhu pada rentang tertentu harus digunakan suatu komponen. Diantaranya adalah termistor dan IC LM35. Setiap sensor dan komponen-komponen lain pasti memliki karakteristik yang berbeda-beda. Untuk mengetahui system atau prinsip kerja dari senso-sensor ini dan mengetahui karakteristik masing-masing sensor maka dilakukanlah praktikum percobaan  sensor temperatur ini.

1.2.Tujuan Percobaan

Adapun tujuan dari percobaan ini adalh sebagai berikut:
a.       Mempelajari karakteristik sensor temperatur LM 35 dan thermistor
b.      Mampu mengkalibrasi sensor tersebut
c.       Memahami perbedaan tanggapan sensor yang sudah linear dengan yang belum linear tanggapannya
d.      Mampu membuat rangkaian yang berfungsi meningkatkan linearisasi tanggapan thermistor sederhana




II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1.Definisi Sensor

Sensor adalah alat untuk mendeteksi/mengukur sesuatu, yang digunakan untuk mengubah variasi mekanis, magnetis, panas, sinar dan kimia menjadi tegangan dan arus listrik. Dalam lingkungan sistem pengendali dan robotika, sensor memberikan kesamaan yang menyerupai mata, pendengaran, hidung, lidah yang kemudian akan diolah oleh kontroler sebagai otaknya.

Dapat pula dikatakan bahwa sensor merupakan jenis tranduser yang digunakan untuk mengubah besaran mekanis, magnetis, panas, sinar, dan kimia menjadi tegangan dan arus listrik.

D Sharon, dkk (1982), mengatakan sensor adalah suatu peralatan yang berfungsi untuk mendeteksi gejala-gejala atau sinyal-sinyal yang berasal dari perubahan suatu energi seperti energi listrik, energi fisika, energi kimia, energi biologi, energi mekanik dan sebagainya.

Sensor sering juga digunakan untuk pendeteksian pada saat melakukan pengukuran atau pengendalian. Beberapa jenis sensor yang banyak digunakan dalam rangkaian elektronik antara lain sensor cahaya, sensor suhu, dan sensor tekanan.

Sensor dalam teknik pengukuran dan pengaturan secara elektronik berfungsi mengubah besaran fisik (misalnya : temperatur, gaya, kecepatan putaran) menjadi besaran listrik yang proposional. Sensor dalam teknik pengukuran dan pengaturan ini harus memenuhi persyaratan-persyaratan kualitas yakni :

1.      Linieritas
Konversi harus benar-benar proposional, jadi karakteristik konversi harus linier.
2.      Tidak tergantung temperature
Keluaran konverter tidak boleh tergantung pada temperatur di sekelilingnya, kecuali sensor suhu.
3.      Kepekaan
Kepekaan sensor harus dipilih sedemikian, sehingga pada nilai-nilai masukan yang ada dapat diperoleh tegangan listrik keluaran yang cukup besar.
4.      Waktu tanggapan
Waktu tanggapan adalah waktu yang diperlukan keluaran sensor untuk mencapai nilai akhirnya pada nilai masukan yang berubah secara mendadak. Sensor harus dapat berubah cepat bila nilai masukan pada sistem tempat sensor tersebut berubah.
5.      Batas frekuensi terendah dan tertinggi
Batas-batas tersebut adalah nilai frekuensi masukan periodik terendah dan tertinggi yang masih dapat dikonversi oleh sensor secara benar. Pada kebanyakan aplikasi disyaratkan bahwa frekuensi terendah adalah 0 Hz.
6.      Stabilitas waktu
Untuk nilai masukan (input) tertentu sensor harus dapat memberikan keluaran (output) yang tetap nilainya dalam waktu yang lama.
7.      Histerisis
Gejala histerisis yang ada pada magnetisasi besi dapat pula dijumpai pada sensor. Misalnya, pada suatu temperatur tertentu sebuah sensor dapat memberikan keluaran yang berlainan.

Empat sifat diantara syarat-syarat dia atas, yaitu linieritas, ketergantungan pada temperatur, stabilitas waktu dan histerisis menentukan ketelitian sensor (Warsito, 2010).


2.2.Sensor Temperatur

AC. Srivastava, (1987), mengatakan temperatur merupakan salah satu dari empat besaran dasar yang diakui oleh Sistem Pengukuran Internasional (The International Measuring System). Lord Kelvin pada tahun 1848 mengusulkan skala temperature termodinamika pada suatu titik tetap triple point, dimana fase padat, cair dan uap berada bersama dalam equilibrium, angka ini adalah 273,16 oK ( derajat Kelvin) yang juga merupakan titik es. Skala lain adalah Celcius, Fahrenheit dan Rankine dengan hubungan sebagai berikut:
     oF = 9/5 oC + 32  atau
oC = 5/9 (oF-32)  atau
oR = oF + 459,69  
     Yayan I.B, (1998), mengatakan temperatur adalah kondisi penting dari suatu substrat. Sedangkan  “panas adalah salah satu bentuk energi yang diasosiasikan dengan aktifitas molekul-molekul dari suatu substrat”. Partikel dari suatu substrat diasumsikan selalu bergerak. Pergerakan partikel inilah yang kemudian dirasakan sebagai panas. Sedangkan temperatur adalah ukuran perbandingan dari panas tersebut.
Pergerakan partikel substrat dapat terjadi pada tiga dimensi benda yaitu:
1. Benda padat,
2. Benda cair dan
3. Benda gas (udara)

Aliran kalor substrat pada dimensi padat, cair dan gas dapat terjadi secara :
1. Konduksi, yaitu pengaliran panas melalui  benda padat (penghantar) secara kontak langsung
2. Konveksi, yaitu pengaliran panas melalui media cair secara kontak langsung
3. Radiasi, yaitu pengaliran panas melalui media udara/gas secara kontak tidak langsung
Pada aplikasi pendeteksian atau pengukuran tertentu, dapat dipilih salah satu tipe sensor dengan pertimbangan :
1. Penampilan (Performance)
2. Kehandalan  (Reliable) dan
3. Faktor ekonomis ( Economic)

a.      Pemilihan Jenis Sensor Suhu

Hal-hal yang perlu diperhatikan sehubungan dengan pemilihan jenis sensor suhu adalah: (Yayan I.B, 1998)
1.    Level suhu maksimum dan minimum dari suatu substrat yang diukur.
2.    Jangkauan (range) maksimum pengukuran
3.    Konduktivitas kalor dari substrat
4.    Respon waktu perubahan suhu dari substrat
5.    Linieritas sensor
6.    Jangkauan temperatur kerja

Selain dari ketentuan diatas, perlu juga diperhatikan aspek phisik dan kimia dari sensor seperti ketahanan terhadap korosi (karat), ketahanan terhadap guncangan, pengkabelan (instalasi), keamanan dan lain-lain.

b.      Tempertur Kerja Sensor

Setiap sensor suhu memiliki temperatur kerja yang berbeda, untuk pengukuran suhu disekitar kamar yaitu antara -35oC sampai 150oC, dapat dipilih sensor NTC, PTC, transistor, dioda dan IC hibrid. Untuk suhu menengah yaitu antara 150oC sampai 700oC, dapat dipilih thermocouple dan RTD. Untuk suhu yang lebih tinggi sampai 1500oC, tidak memungkinkan lagi dipergunakan sensor-sensor kontak langsung, maka teknis pengukurannya dilakukan menggunakan cara radiasi. Untuk pengukuran suhu pada daerah sangat dingin dibawah 65oK =  -208oC ( 0oC = 273,16oK ) dapat digunakan resistor karbon biasa karena pada suhu ini karbon berlaku seperti semikonduktor. Untuk suhu antara 65oK sampai -35oC dapat digunakan kristal silikon dengan kemurnian tinggi sebagai sensor.

Gambar 2.1. berikut memperlihatkan karakteristik dari beberapa jenis sensor suhu yang ada.                          

Thermocouple
RTD
Thermistor
IC Sensor




  V
 




                       T
   R




                       T
   R




                       T
V, I




                       T 
Advantages
-             self powered
-             simple
-             rugged
-             inexpensive
-             wide variety
-   wide temperature range
-   most stable
-   most accurate
-   more linear than termocouple
-   high output
-   fast
-   two-wire ohms measurement
-            most linear
-            highest output
-            inexpensive
Disadvantages




-              non linear
-              low voltage
-              reference required
-              least stable
-              least sensitive
-    expensive
-    power supply required
-    small ΔR
-    low absolute resistance
-    self heating
-    non linear
-    limited temperature range
-    fragile
-    power supply required
-             self heating
-   T <  200oC
-   power supply required
-   slow
-   self heating
-   limited configuration
Gambar 2.1. Karakteristik  sensor temperature
2.3.Jenis-jenis Sensor Temperatur

a.       Termistor

Termistor atau tahanan thermal adalah alat semikonduktor yang berkelakuan sebagai tahanan dengan koefisien tahanan temperatur yang tinggi, yang biasanya negatif. Umumnya tahanan termistor pada temperatur ruang dapat berkurang 6%  untuk setiap kenaikan temperatur sebesar 1oC. Kepekaan yang tinggi terhadap perubahan temperatur ini membuat termistor sangat sesuai untuk pengukuran, pengontrolan dan kompensasi temperatur secara presisi.

Termistor terbuat dari campuran oksida-oksida logam yang diendapkan seperti: mangan (Mn), nikel (Ni), cobalt (Co), tembaga (Cu), besi (Fe) dan uranium (U). Rangkuman tahanannya adalah dari 0,5 W sampai 75 W dan tersedia dalam berbagai bentuk dan ukuran. Ukuran paling kecil berbentuk mani-manik (beads) dengan diameter 0,15 mm sampai 1,25 mm, bentuk piringan (disk) atau cincin (washer) dengan ukuran 2,5 mm sampai 25 mm. Cincin-cincin dapat ditumpukan dan di tempatkan secara seri atau paralel guna memperbesar disipasi daya.

 Dalam operasinya termistor memanfaatkan perubahan resistivitas terhadap temperatur, dan umumnya nilai tahanannya turun terhadap temperatur secara eksponensial untuk jenis NTC ( Negative Thermal Coeffisien).

Thermistor mempunyai dua macam tipe, yaitu :
1.      NTC (Negative Temperature Koefficience)
Thermistor jenis ini memiliki resistansi menurun apabila temperaturnya naik, jika resistansinya berkurang maka temperaturnya bertambah (Fraden, 1996). Thermistor jenis NTC ini dibuat dari campuran antara nikel (Ni), cobalt (Co), magnesium (Mg), besi (Fe) dan tembaga (Cu) (Pallas, 1991).

Tabel 2.1. Karakteristik Thermistor tipe NTC (Pallas, 1991)
No
Parameter
Nilai
1
Range suhu
-100oC sampai 450oC
2
Resistansi pada 25oC
0,5 Ohm sampai 100Mohm
1Kohm sampai 10 mohm
3
B (Karakteristik suhu pada bahan)
2000 K samapai 5500 K
4
Suhu maksimum
>1250oC
300oC untuk tipe stady state
600oC untuk tipe intermittently


2.      PTC (Positive Temperature Coefficient)

Thermistor jenis ini mempunyai sifat jika temperatur atau suhunya naik maka hambatannya naik (Fraden, 1996), Kepala thermistor jenis PTC ini terbuat dari bahan barium titanate, sedangkan kaki PTC terbuat dari zirconium titanate (Pallas, 1991).

b.        IC LM35

LM 35 ialah sensor temperatur paling banyak digunakan untuk praktek, karena selain harganya cukup murah, linearitasnya lumayan bagus.  LM35 tidak membutuhkan kalibrasi eksternal yang menyediakan akurasi  ±¼°C  pada temperatur  ruangan dan ±¾°C pada  kisaran  -55 to +150°C.  LM35  dimaksudkan untuk beroperasi pada -55° hingga +150°C, sedangkan  LM35C pada  -40°C hingga +110°C, dan LM35D pada kisran 0-100°C. LM35D juga tersedia pada paket 8 kaki  dan paket  TO-220. Sensor LM35 umunya akan naik sebesar 10mV setiap kenaikan 1°C (300mV pada 30 °C).

Gambar 2.2. Bentuk Fisik LM 35

Untuk menggunakan LM35, Anda cukup menyadap keluaran dari pin Vout untuk dapat dihubungkan langsung ke ADC(misal ADC 0804 8 bit)  seperti gambar berikut.

Gambar 2.3. Rangkaian umum pengukur suhu (Anonimous A, 2008)

IC LM 35 termasuk kedalam jenis IC sensor. Berbeda dengan jenis sensor suhu lain seperti thermokopel atau RTD (Resistance Temperatur Detector), pada thermokopel pengukuran suhu dihasilkan oleh perbedaan suhu yang timbul antara dua tranduser panas dan dingin yang disambungkan dan dihubungkan dengan referensi. Sedangkan pada RTD (resistance Temperatur Detector), pengukuran suhu didasari pada perubahan nilai hambatan listrikpada logam yang bervariasi dengan nilai yang sebanding antara hambatan listrik pada logam dengan suhu. Jenis IC sensor adalah sensor suhu dengan rangkaian terpadu yang menggunakan chip silicon untuk pengindraannya, dengan konfigurasi output tegangan dean arus yang sangat linear. Karakteristik sensor temperatur LM 35 linear yaitu pada 10mVoC  yaitu setiap perubahan suhu sebesar 1oC maka akan memberikan perubahan pada tegangan keluaran sebesar10mV.

Bentuk fisis dari IC LM 35 terdiri dari 3 kaki yaitu Vs, Vout, dan ground. Kaki Vs merupakan jalur untuk memberikan sumber tegangan dengan batasan 4 Volt sampai 20 Volt, sedangkan kaki Vout merupakan jalur keluar sinyal. Berikut gambar IC LM 35 (Warsito, 2011)


III. PROSEDUR PERCOBAAN

3.1. Sensor LM 35

1.    Siapkan sensor Lm 35
2.    Siapkan wadah tahan panas
3.    Siapkan es batu
4.    Siapkan voltmeter dan sistem catu daya
5.    Siapkan thermometer Hg dan heater kecil.
6.    Berilah catudaya pada sensor LM 35  sesuai dengan pin-nya seperti pada gambar 1. Berilah catu daya sebesar 5 V Dc.
7.    Hubungkan Vout dengan voltmeter, pilih dengan range milivolt.
8.    Masukan es batu pada wadah, masukan heater pada wadah tersebut ukurlah temperatur dengan menggunakan thermometer Hg dan sensor LM 35 (jangan lupa memberikan catu daya). Catatlah nilai Vout dari LM 35 di voltmeter dan temperatur dari thermometer Hg secara bersamaan dengan selang waktu 3 menit. Pada menit ke 15 mulailah mencatu daya heater sehingga es mulai cepat mencair dan memanas. Jika perubahan suhu cepat catatlah per 5 menit nilai temperaturnya.
9.    Buatlah tabel seperti dibawah
No
Waktu (s)
Temperatur dg Hg (C)
Vout LM 35 (Volt)
1



2



3





3.2.Sensor Thermistor


1.    Siapkan sensor thermistor
2.    Siapkan wadah tahan panas
3.    Siapkan es batu
4.    Siapkan voltmeter dan sistem catu daya
5.    Siapkan thermometer Hg dan heater kecil
6.    Hubungkan pin thermistor dengan voltmeter/ohmmeter
7.    Masukan es batu pada wadah, masukan heater pada wadah tersebut. Ukurlah temperatur dengan menggunakan thermometer Hg dan thermistor., catatlah nilai R dari thermistor di voltmeter dan temperatur dari thermometer Hg secara bersamaan dengan selang waktu 3 menit. Pada menit ke 15 mulailah untuk mencatu daya heater, sehingga es mulai cepat mencair dan memanas. Jika perubahan suhu cepat catatlah per 5 menit nilai temperaturnya.
8.    Buatlah tabel seperti dibawah
No
Waktu (s)
Temperatur dg Hg (C)
R thermistor (Ohm)
1



2



3










IV.  HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN

A.      Data Pengamatan

Setelah dilakukan percobaan “Sensor Temperatur” didapatkanlah data sebagai berikut :
1.         Sensor LM 35
No
Waktu (s)
Temperatur dg Hg (°C)
Vout LM 35 (mV)
1.
0
28
284
2.
60
32
347
3.
60
43
432

2.         Sensor Thermistor (NTC)
No
Waktu (s)
Temperatur dg Hg (°C)
R thermistor (Ω)
1.
60
39
13,5
2.
30
29
18
3.
30
24
20,3
4.
30
23
22,8
5.
30
19
24,5
6.
30
16
25,9
7.
30
14
26,6
8.
30
10
27,3
9.
30
9
28,1
10.
30
9
28,9



B.     Pembahasan


Pada percobaan ini ada dua percobaan yang dilakukan yaitu sensor LM35 dan Thermistor. Sensor suhu LM35 berfungsi untuk mengkonversi besaran suhu yang ditangkap menjadi besaran tegangan. Jenis sensor suhu yang digunakan dalam sistem ini adalah IC LM35, sensor ini memiliki presisi tinggi. Sensor ini memiliki jangkauan pengukuran -55ºC hingga +150ºC dengan akurasi ±0.5ºC. Tegangan output adalah 10mV/ºC. Secara prinsip sensor akan melakukan penginderaan pada saat perubahan suhu setiap suhu 1 ºC akan menunjukan tegangan sebesar 10 mV
LM35 memiliki keakuratan tinggi dan kemudahan perancangan jika dibandingkan dengan sensor suhu yang lain, LM35 juga mempunyai keluaran impedansi yang rendah dan linieritas yang tinggi sehingga dapat dengan mudah dihubungkan dengan rangkaian kendali khusus serta tidak memerlukan penyetelan lanjutan. Secara prinsip sensor akan melakukan penginderaan pada saat perubahan suhu setiap suhu 1 ºC akan menunjukan tegangan sebesar 10 mV. Pada penempatannya LM35 dapat ditempelkan dengan perekat atau dapat pula disemen pada permukaan akan tetapi suhunya akan sedikit berkurang sekitar 0,01 ºC karena terserap pada suhu permukaan tersebut. Dengan cara seperti ini diharapkan selisih antara suhu udara dan suhu permukaan dapat dideteksi oleh sensor LM35 sama dengan suhu disekitarnya, jika suhu udara disekitarnya jauh lebih tinggi atau jauh lebih rendah dari suhu permukaan, maka LM35 berada pada suhu permukaan dan suhu udara disekitarnya. Pada percobaan pertama menggunakan LM 35 dan hasil yang didapat seperti pada Tabel 1. Antara percobaan dan teori terjadi kecocokkan. Ini menbuktikan bahwa percobaan kami berhasil.
Pada t1= 0 pada temperatur 28 oC  mendapatkan Voutnya sekitar 284 mv. Pada t2 = 60 ditempratur 32 oC  mendapatkan Voutnya=  347 mv. Pada t3 = 60 ditempratur  43 oC mendapatkan Voutnya= 432 mv.  Dari data yang didapatkan maka didapatkan perbandingan antara suhu dengan Voutnya sepert pada gambar 4.1

Gambar 4.1. Grafik hubungan antara temperatur dengan Voutnya
Dari grafik yang didapatkan bahwa semakin besar temperaturnya Vout yang didapatkan semakin tinggi juga. Atau grafik yang didapat sangat linier. Percobaan LM35 ini sesuai dengan teori karena sifat kelinieranya sangat tinggi.
Pada percobaan kedua menggunakan air dengan suhu dingin dan didapatlah hasil seperti Tabel 2. Dari data yang didapat maka diambil perbandingan antara Temperatur dengan Resistansi seperti pada gambar 4.2

Gambar 4.2 grafik hubungan antara Temperatur dengan Resistansi
Dari grafik yang didapat antara hubungan temperatur dengan resistansi adalah semakin besar temperaturnya, Resistansi yang didapat semakin kecil begitu juga sebaliknya bahwa semakin besar resistansinya, temperatu yang didapatkan semaki kecil. Maka percobaan NTC ini sudah sesuai dengan teori atau percobaan ini berhasil.
Thermistor merupakan komponen semikonduktor yang terbuat dari campuran oksida-oksida logam yang diendapkan. Thermistor juga merupakan jenis resistor yang resistansi bervariasi dengan suhu. Termistor dapat diklasifikasikan ke dalam dua jenis,yaitu Negative temperature Coefficient (NTC) dan positif Temperetur Coefficient (PTC). Seperti pada percobaan antara kedua tipe tersebut menpunyai perbedaan yaitu koefisien temperatur positif (PTC) thermistor, atau  posistor. Thermistor jenis ini memiliki resistansi menurun apabila temperaturnya naik dan sebaliknya, dan berbentuk kotak. Sedangkan Koefisien suhu negatif (NTC) thermistor. Thermistor jenis ini mempunyai sifat, jika temperature atau suhunya naik maka hambatannya akan naik, ataupun sebaliknya, dan berbentuk bulat





 

V. KESIMPULAN

1

Dari percobaan yang telah dilakukan maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
1.       Sensor suhu LM35 memiliki fungsi untuk mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan.
2.        LM 35 adalah IC yang berfungsi sebagai sensor suhu, dimana LM 35 ini memiliki ketelitian yang sangat tinggi
3.      grafik yang didapatkan bahwa semakin besar temperaturnya Vout yang didapatkan semakin tinggi juga. Atau grafik yang didapat sangat linier. Percobaan LM35 ini sesuai dengan teori karena sifat kelinieranya sangat tinggi.

4.      Thermistor merupakan komponen semikonduktor yang terbuat dari campuran oksida-oksida logam yang diendapkan

5.      Termistor dapat diklasifikasikan ke dalam dua jenis,yaitu Negative temperature Coefficient (NTC) dan positif Temperetur Coefficient (PTC

6.      Dari grafik yang didapat antara hubungan temperatur dengan resistansi adalah semakin besar temperaturnya, Resistansi yang didapat semakin kecil begitu juga sebaliknya bahwa semakin besar resistansinya, temperatu yang didapatkan semaki kecil. Maka percobaan NTC ini sudah sesuai dengan teori atau percobaan ini berhasil.

Post a Comment

 
Top