LAPORAN
SENSOR SUHU
I.
TUJUAN
1. Merangkai sensor
suhu berbasis NTC.
2. Memahami prinsip kerja sensor suhu.
3. Memahami cara mengkalibrasi rangkaian sensor
berbasis NTC.
II. DASAR TEORI
2.1 Pengukuran dan
Ketelitian
A. Pengukuran
Didalam pengukuran dibutuhkan instrument sebagai suatu cara
fisis untuk menentukan suatu besaran atau variabel. Instrument tersebut dapt
meningkatkan keterampilan manusia dan dalam banayk hal memungkinkan seseorang
untuk menentukan nilai dari suatu besaran yang yang tidak diketahui, dengan
alat tersebut kita dapat menentukan besaran yang tidak diketahui. Dengan
demikian sebuak instrumen dapat didefinisikan sebagai alat yang digunakan untuk
menentukan atau besaran daei suatu kuantitas atau variabel.
Sebuah instrument elektronik dalam pemakaiannya sebagai alat
ukur sederhana dan relative tidak rumit seperti halnya sebuah alat ukur dasar
untuk arus searah. Dengan berkembangnya teknologi tuntutan akan kebutuhan
instrument yang lebih terpercaya dan lebih teliti semakin meningkatnya yang
kemudian menghasilkan perkembangan baru dan perencanaan pemakaian (Cooper,
1994:1).
Kesalahan-kesalahan dapat terjadi pada pengukuran karena
berbagai sebab dan umumnya dibagi dalam tiga utama, yaitu:
1. Kesalahan umum
Kebanyakan disebabkan oleh kesalah manusia, diantaranya adalah kesalahan pembacaan alat ukur, penyetelan yang tidak tepat dan pemakaian instrument yang tidak sesuai.
Kebanyakan disebabkan oleh kesalah manusia, diantaranya adalah kesalahan pembacaan alat ukur, penyetelan yang tidak tepat dan pemakaian instrument yang tidak sesuai.
2. Kesalah sistematis
Disebabkan oleh kekurangan pada instrument sendiri, seperti
kerusakan adanya bagian-bagian yang aus dan pengaruh lingkungan terhadap
peralatanatau pemakaian.
3. Kesalahan yang tidak disengaja
Diakibatkan oleh penyebab-penyebab yang tidak dapat langsung
diketahui sebab perubahan-perubahan parameter atau system pengukuran terjadi
secara acak,
B. Ketelitian
Didalam suatu pengukuran digunakan sejumlah istilah yang
didefinisikan seperti instrument yaitu sebuah alat untuk menentukan nilai atau
kebesaran suatu kuantitas atau variabel. Kemudian ketelitian yaitu harga
terdekat dengan mana suatu pembacaan instrument mendekati harga sebenarnya dari
variabel yang diukur. Adapula ketepatan suatu ukuran kemampuan untukmendapatkan
hasil pengukuran yang serupa. Dengan memberikan suatu harga tertentu bagi
sebuah variabel ketepatan merupakan suatu ukuran tingkatan yang menunjukkan
perbedaan hasil pengukuran pada pengukuran yang dilakukan secara berurutan.
Sensitivitas perbandingan antara sinyal keluaran atau respon instrument
terhadap masukan variabel yang diukur. Resolusi yaitu perubahan terkecil dalam
nilai yang diukur di mana instrumen akan memberi respon.
Suatu ketelitian adalah menyatakan tingkat kesesuain atau
dekatnya suatu hasil penukaran terhadap harga yang sebenarnya sedangkan suatu
ketepatan menyatakan tingkat keamanan didalam sekelompok pengukuran atau
sejumlah instrumen.
Untuk menunjukkan suatu perbedaan antara ketelitian dan
ketepatan, bandingkan dua buah voltmeter dari pembuatan dan model yang sama.
Kedua voltmeter tersebut mempunyai jarum penunjuk yang ujungnya tajam. Setelah
dikalibrasi dengan demikian ke dua alat ini dapat dilihat ketepatan yang sama.
Jika nilai tahanan deret didalam salah satu voltmeter berubah banayk
pembacaannya bisa mengakibatkan kesalahan yang cukup besar. Karena itu
ketelitian kedua voltmeter tresebut dapat berbeda sama sekali. Ketepatan
terdiri dari dua karakteristik, yaitu kesesuaian dan jumlah angka yang berarti
terhadap mana suatu pengukuran dapat dilakukan (Cooper, 1994:2).
2.2 Jembatan
Jembatan wheaststone dipergunakan untuk
memperoleh ketelitian dalam melaksanakan pengukuran terhadap suatu tahanan yang
nilainya relative kecil sekali umpamanya saja suatu kebocoran dari kabel
tanah/kortsluting dan sebagainya. Rangkaian ini dibentuk oleh empat tahanan (R)
yang merupakan segiempat A-B-C-D dalam hal mana rangkain ini dihubungkan dengan
sumber tegangan dan sebuah galvanometer nol (0). Kalu tahanan-tahanan ini
diatur sedemikian rupa sehingga galvanometer itu tidak akan mengadakan suatu
dubungan antar keempat tahanan tersebut (Suryatmo, 1989).
Rangkaian
Jembatan Wheatstone merupakan rangkaian yang terdiri dari resistor dan catu
daya (power supply). Jembatan wheatstone sendiri adalah rangkaian jembatan yang
pada umunya digunakan untuk mengukur presisi tahanan dengan nilai 1 ohm sampai
dengan mega ohm. Pada umumnya rangkaian jembatan wheatstone banyak digunakan
untuk menghitung resistansi yang tidak diketahui dengan bantuan dari rangkaian
jembatan. Dua kaki yang terdapat pada rangkaian wheatstone harus disimpan
seimbang dan satu kaki yang lainnya termasuk resistansi yang tidak di ketahui.
Prinsip
dasar dari jembatan wheatstone adalah keseimbangan. Sifat umum dari arus
listrik adalah arus akan mengalir menuju polaritas yang lebih rendah. Jika
terdapat persamaan polaritas antara kedua titik maka arus tidak akan mengalir
dari kedua titik tersebut. Dalam rangkaian dasar jembatan wheatstone penghubung
kedua titik tadi disebut sebagai jembatan wheatstone.
Gambar Rangkaian sederhana jembatan wheatstone
Rangkaian
Hambatan Jembatan Wheatstone terdapat rangkaian hambatan yang tidak bisa
ditentukan hambatan penggantinya kalau cuma dengan rumus susunan hambatan seri
maupun pararel. Rangkaian hambatan ini disebut dengan Wheatstone Bridge atau
jembatan wheatstone. Rangkaian ini digunakan utuk menyederhanakan susunan
hambatan yang pada awalnya tidak dapat disederhankan secara pararel maupun
seri. Ada cerita menarik dibalik sejarah Wheatstone. Ternyata jembatan wheatstone
tidak ditemukan oleh Sir Charles Wheatstone melainkan oleh Samuel Hunter
Cristie pada tahun 1833. Dinamakan wheatstone karena yang berperan besar
mempopulerkan rangkaian ini adalah Sir Charles Wheatstone.
2.3 Sensor Suhu
Sensor Suhu atau Temperature
Sensors adalah suatu komponen yang dapat mengubah besaran panas
menjadi besaran listrik sehingga dapat mendeteksi gejala perubahan suhu pada
obyek tertentu. Sensor suhu melakukan pengukuran terhadap jumlah energi
panas/dingin yang dihasilkan oleh suatu obyek sehingga memungkinkan kita untuk
mengetahui atau mendeteksi gejala perubahan-perubahan suhu tersebut dalam
bentuk output Analog maupun Digital. Sensor Suhu juga merupakan dari keluarga
Transduser. Untuk membuatnya ada dua cara yaitu dengan menggunakan bahan logam
dan bahan semikonduktor. Cara ini digunakan karena logam logam dan bahan
semikonduktor bisa berubah hambatannya terhadap arus listrik bergantung pada
suhunya. Pada logam semakin besar suu maka nilai hambatan akan semakin naik. Berbeda
denganpada bahan semikonduktot semakin besar suhu maka niai hambatan akan
semakin turun.
Contoh
peralatan-peralatan listrik maupun elektronik yang menggunakan Sensor Suhu
diantaranya seperti Thermometer Suhu Ruangan, Thermometer Suhu Badan, Rice
Cooker, Kulkas, Air Conditioner (Pendingin jenis-jenis sensor suhu). Ada empat
macam sensor suhu antara lain; thermokopel, themistor, RTD (Resistance
Temperature Detectors), dan IC LM.
Thermistor
adalah salah satu jenis Resistor yang nilai resistansi atau nilai hambatannya
dipengaruhi oleh Suhu (Temperature). Thermistor merupakan singkatan dari
“Thermal Resistor” yang artinya adalah Tahanan (Resistor) yang berkaitan dengan
Panas (Thermal). Thermistor terdiri dari 2 jenis, yaitu Thermistor NTC (Negative
Temperature Coefficient) dan Thermistor PTC (Positive Temperature
Coefficient).
Komponen
Elektronika yang peka dengan suhu ini pertama kali ditemukan oleh seorang
ilmuwan inggris yang bernama Michael Faraday pada 1833. Thermistor yang
ditemukannya tersebut merupakan Thermistor jenis NTC (Negative Temperature
Coefficient). Michael Faraday menemukan adanya penurunan Resistansi (hambatan)
yang signifikan pada bahan Silver Sulfide ketika suhu dinaikkan. Namun
Thermitor komersil pertama yang dapat diproduksi secara massal adalah
Thermistor ditemukan oleh Samuel Ruben pada tahun 1930. Samuel Ruben adalah
seorang ilmuwan yang berasal dari Amerika Serikat.
Seperti namanya, Nilai Resistansi Thermistor NTC akan turun jika
suhu di sekitar Thermistor NTC tersebut tinggi (berbanding terbalik/Negatif).
Sedangkan untuk Thermistor PTC, semakin tinggi suhu disekitarnya, semakin
tinggi pula nilai resistansinya (berbanding lurus/Positif).
Pada umumnya Thermistor NTC dan Thermistor PTC adalah Komponen
Elektronika yang berfungsi sebagai sensor pada rangkaian Elektronika yang
berhubungan dengan Suhu (Temperature). Suhu operasional Thermistor berbeda-beda
tergantung pada Produsen Thermistor itu sendiri, tetapi pada umumnya berkisar
diantara -90°C sampai 130°C. Beberapa aplikasi Thermistor NTC dan PTC di
kehidupan kita sehari-hari antara lain sebagai pendeteksi Kebakaran, Sensor
suhu di Engine (Mesin) mobil, Sensor untuk memonitor suhu Battery Pack (Kamera,
Handphone, Laptop) saat Charging, Sensor untuk memantau suhu Inkubator, Sensor
suhu untuk Kulkas, sensor suhu pada Komputer dan lain sebagainya.
Gambar : Komponen Thermistor PTC dan NTC
Thermoregulator
elektronik berintikan NTC sebagai sensor pengindraan suhu dan IC OP amp sebagai
pembanding. Alasan pemakaian dua komponen tersebut dibeli dipasaran dengan
harga yang murah. NTC adalah resistans yang mempunyai sifat resistan
berubah-ubah karena suhu yang mengenainya. Meskipun panas suhu yang
mengenainya, akan makin kecik resistansinya. IC OP amp adalah IC penguat
operatif sebaguna. Dalam mesin tetas, termoregulator ini digunakan ebagai
pendingin. Sebagai pendingin, Op amp mempunyai cara kerja sebagai berikut: bila
tegangan input V2, maka tegangan output akan menunjuk keharga positif maksimum
seharga tipikal sebesar 1-2 volt kurang dari tegangan catu. Sebaliknya, jika
tegangan input V1 lebih kecil dari tegangan input V2, maka teganagan output
akan berayun ke harga negative maksimum (jutawan, amat. 2005:24).
III. ALAT DAN KOMPONEN
1. Solder 1 set
2. Gunting 1 buah
3. Lem 1 buah
4. NTC (Negative Temperature
Coeficient)1 buah ( 4 Ω)
5. Resistor (Tahanan) 2 buah (47Ω dan
1000Ω)
6. Potensiometer 1 buah 10 KΩ
7. VU Meter 1 buah
8. Baterai 2 buah,beserta dudukannya
9. Papan PCB 1 buah
10. Kabel Tunggal secukupnya
11. Termometer 1 buah
12. Saklar 1 buah
13. Air secukupnya
1. Persiapkan
alat – alat dan bahan seperti : resistor 47 ohm
(R1) dan 1000
Ohm (R4), Potensio (10 kΩ), NTC (47 ohm),
PCB, Kabel, Saklar, 2 buah baterai, 1 buah dudukan baterai, termometer, gelas
ukur, air, pemanas air.
2. Rangkailah
resistor, NTC, Potensio, VU meter, Baterai, Saklar. Dimana NTC dan Potensi
berseberangan. Untuk NTC satu rangkaian seri dengan R1, dan Potensio
satu rangkaian dengan R4, sedangkan VU meter di rangkai antara R1(resistor) dan
R4 (resistor) untuk kutub selatan dan di sambungkan antara Potensio dan R2
untuk kutub utara. Untuk Baterai di rangkai antara NTC dan R1 untuk
kabel merah dan kabel hitam di rangkai ke sakelar dan dari sakelar ke rangkaian
antara Potensio dan R4.
3. Rangkaian
di atas di rancang sesuai dengan Jembatan Wheatstone
4. Cobalah
terlebih dahulu rangkaian tersebut dengan cara memasukan NTC ke dalam air yang
di panaskan untuk memastikan bahwa alat tersebut berjalan dengan lancar. Dan
aturlah potensio sesuai dengan hambatan dan arus yang masuk.
5. Selanjutnya,
Kalibrasilah alat tersebut. persiapkan kerangka alat tersebut
Kalibrasi pada umumnya merupakan proses untuk menyesuaikan keluaran
atau indikasi dari suatu perangkat pengukuran agar sesuai dengan besaran dari
standar yang digunakan dalam akurasi tertentu. Contohnya,termometer dapat dikalibrasi sehingga kesalahan indikasi atau koreksi dapat
ditentukan dan disesuaikan (melalui konstanta kalibrasi), sehingga termometer tersebut menunjukan
temperatur yang sebenarnya dalam celcius pada titik-titik tertentu diskala.
1. Tekan
tombol on pada saklar
2. Putarlah
potensio hingga pada titik nol
3. Nyalakan
pemanas air
4. Masukkan
Termometer kedalam air untuk mengukur suhu air,catatlah suhu awal air tersebut.
5. Setelah
itu masukkan NTC kedalam air
6. Catatlah perubahan
suhu yang ada di termometer dan angka yang ditunjukkan pada VU meter hingga
titik maksimal
7. Buatlah
perhitungan setiap pertambahan derajat yang di tunjukkan pada termometer , VU
meter dan buatlah perbandingan antara suhu di termometer dan VU meter,
catatlah data tersebut.
8. Buatlah
skala yang ada di VU meter berdasarkan data yang di analisis setiap per derajat
celcius.
9. Alat
telah terkalibrasi.
VI. HASIL
6.1. Tabel Hasil
|
No
|
Skala di VU
|
Percobaan Ke
|
Rata-rata
|
||
|
1
|
2
|
3
|
|||
|
1
|
20
|
30oC
|
30 oC
|
30 oC
|
30 oC
|
|
2
|
10
|
40 oC
|
41 oC
|
40 oC
|
40.3 oC
|
|
3
|
7
|
55 oC
|
55 oC
|
54 oC
|
54.7 oC
|
|
4
|
3
|
70 oC
|
69 oC
|
70 oC
|
69.7 oC
|
|
5
|
3.5
|
89 oC
|
88 oC
|
89 oC
|
88.7 oC
|
6.2 Grafik
VII. Pembahasan
Sensor Suhu atau Temperature Sensors adalah
suatu komponen yang dapat mengubah besaran panas menjadi besaran listrik
sehingga dapat mendeteksi gejala perubahan suhu pada obyek tertentu. Sensor
suhu melakukan pengukuran terhadap jumlah energi panas/dingin yang dihasilkan
oleh suatu obyek sehingga memungkinkan kita untuk mengetahui atau mendeteksi
besar temperatu benda yang mengalami perubahan suhu. Pada pembuatan proyek alat
ukur sensor suhu berbasis NTC ini yang merupakan suatu resistor yang peka akan
suhu (thermistor).
Sensor suhu ini dirancang berbasis PMMC (Permanent Magnet Moving
Coil). Alat ukur berbasis PMMC adalah alat ukur kumparan oytar yang bekerja
berdasarkan prinsip kerja kumparan listrik yang digunakan ditempat medan magnet
yang berasal dari magnet permanen. Primsip kerja alat ukur kumparan putar
adalah berdasarkan pada hukum Lorentz. Hukum Lorentz menyatakan bahwa jika
sebatang penghantar dialiri arus listrik berada pada medan magnet maka pada
kawat penghantar tersebut menghasilkan suatu gaya, gaya yang dihasilkan adalah
gaya Lorentz.arahnya ditentukan dengan kaidah tangan kiri Fleming, berdasarkan
hokum tanagn kiri Fleming kumparan tersebut akan berputar sehingga jarum petunjuk
akan bergerak atau menyimpang dari angka nol. Semakin besra arus yang mengalir
dalam kumparan maka akan bergerak semakin jauh.
Pada pembuatan sensor suhu berbasis NTC, PMMC ini digunakan
komponen-komponen penunjang prisip kerja alat ini. Digunakan tahanan (resistor
sebesar 47Ω dan 1000Ω), vu meter dan baterai 3 Volt. Resistor pada rangkaian
alat sensor suhu ini berfungsi menghambat aliran listrik yang mengalir dalam
suatu rangkaian elektronika. Resistor bersifat resesif dan termasuk salah satu
komponen pasif. Pada pembuatan alat ini resistor yang digunakan harus setimbang
sesuai dengan prinsip jembatan whetastone yang memiliki 4 lengan. 4 lengan pada
jembatan wheatstone diisi dengan resistor 47Ω, resistor 1000Ω, NTC 47Ω dan
potensiometri 10000Ω. Potensiometer adalah salah satu jenis resistor yang nilai
resistansinya dapat diatur sesuai dengan kebutuhan rangkaian elektronika
ataupun kebutuhan pemakainya. Potensiometri meruoan jenis resistor variabel.
Secara struktur , potensiometri terdiri dari 3 kaki terminal, kaki 1 penyapu
atau disebut juga wiper, kaki 2 elemen resistif, dan kaki terminal. Pada
pembuatan alat sensor suhu ini potensiometer jenis rotary ini berfungsi sebagai
pengatur pembagian teganagn rangkaian yang mempengaruhi gerak jarum skala pada
Vu meter.
Sesuai pada
perhitungan jembatan wheatstone yang memiliki empat lengan akan setimbang :
R1R4 = R3R2
Dimana, R1 adalah
resistor 1000Ω , R2 adalah NTC (Negative Temperatur
Coefficient) 47Ω, R3 adalah potensiometersebesar 10000Ω, dan R4 adalah
resistor 47Ω. Sehingga jembatan setimbang:
R1R4 = R3R2
(1000 x 47)Ω = (10000 x 47)Ω
47000Ω = 470000Ω
1 = 10
Jadi perbandingan
kesetimbangan lengan pada jembatan wheatstone ini R1R4:R3R2 adalah
1:10.
Tegangan masukkan pada rangkaian alat ukur suhu ini digunakan
tegangan masukkan yang berasal dari sebuah baterai sbesar 3 volt dan untuk
hambatan total(Rtot) sebesar, 103,62Ω didapat dari
menghitung Rtot pada jembatan tersebut sehingga kuat arus yang
dihasilkan sebesar:
I = 0,0289 A
I = 0,03
A
Alat ukur sensor ini
tidak langsung digunakan, lakukan pengkalibrasian terlebih dahulu sesuai
langkah pengkalibrasian pada bab III dengan membandingkan besar pergerakkan
pada skala VU meter dengan thermometer. Setelah dikalibrasi alat ukur kemudian
dapat digunakan. Cara penggunaan alat yaitu dengan menghidupkan saklar lalu
memasukkan thermistor NTC pada benda atau cairan yang akan diukur sushunya.
Jarum pada VU meter kemudian akan menunjukkan angka pengukuran pada benda atau
cairan tersebut. Pada data hasil percobaan terlihat bahwa skala 0 pada VU meter
sama dengan 300C. suhu tertinggi pada skala vu meter saat
pengkalibrasian hanya sampai garis ±10. Hal ini karena terlihat perhitungan
secara teori arus yang masuk sangat kecil sedangkan hambatan total relative
besar. Maka alat sukur sensor ini hanya mampu mengukur sampai garis 10 skala Vu
VII KESIMPULAN
1. Penggunaan NTC pada rangkaian sebagai
penangkap perubahan suhu ( temperature ) karena panas mengubah nilai tahanan
NTC menjadi lebih kecil. Perubahan tahanan inilah yang terbaca pada vu meter.
Oleh karena itu suhu berbanding terbalik dengan tahanan NTC.
2. Sensor suhu ini dirancang berbasis PMMC (
Permannet Magnet Moving Coil ). Alat ukur berbasis PMMC adalah alat ukur
kumparan putar yang bekerja berdasarkan prinsip kerja kumparan listrik yang
digunakan ditempat medan magnet yang berasal dari magnet permanen.
3. Pengkalibrasian Sensor Suhu ( Sensitivitas
Suhu ) cukup sederhana. Mula-mula ukur dan catat suhu air ( sebelum mengalami
proses pemanasan ). Suhu awal nilah yang menjadi suhu terkecil pada Sensor Suhu
atau sebagai skala 20 pada VU meter. Kemudian panaskan air sambil mengukur suhu
dan celupkan NTC kedalam air
( Sakelar dalam
keadaan ON ). Catatlah perubahan suhu yang ada di Termometer dan angka yang
ditunjukkan pada VU meter hingga titik maksimal. Lakukan hal ini hingga 3 kali
pengulangan.
IX. DAFTAR PUSTAKA
Amat, Jutawan.
2005. Mesin Tetas Listrik Dan Induk Buatan. Yogyakarta : Kanisius
Arifin, Dicky
Arinanda. 2013. Pengukuran Besaran Listrik. Universitas Marcu
Buana :
Pusat
Pengembangan Bahan ajar
Cooper, William David.
1994. Instrumentasi Elektronik Pengukuran. Jakarta : Erlangga
Suriyatmu, F.
1986. Teknik Listrik Pengukuran. Jakarta : Bumi Aksara
Tidak ada komentar:
Posting Komentar