sensor suhu

PERCOBAAN II

SENSOR SUHU

TUJUAN PEMBELAJARAN

1.      Mahasiswa mampu memahami  karakteristik dari  sensor  LM35, PTC, dan NTC.

2.      Mahasiswa mampu mengaplikasikan rangkaian sensor  LM35, PTC, dan NTC.

3.      Mahasiswa mampu menganalisa karakteristik dari  sensor  LM35, PTC, dan NTC.

DASAR TEORI

Sensor suhu adalah komponen yang biasanya digunakan untuk merubah besaran panas menjadi listrik untuk mempermudah dalam menganalisa besarannya. Untuk membuatnya ada dua cara yaitu dengan menggunakan bahan logam dan bahan semikonduktor, karena bisa merubah nilai hambatannya terhadap arus listrik yang tergantung pada suhunya. Pada logam semakin besar suhu maka nilai hambatannya akan semakin naik, berbeda pada bahan semikonduktor, semakin besar suhu maka nilai hambatannya akan semakin turun. Beberapa jenis sensor suhu, diantaranya adalah sebagai berikut :

1.      LM 35

Sensor suhu LM35 merupakan komponen elektronik dalam bentuk chip IC dengan 3 kaki (3 pin) yang berfungsi untuk mengubah besaran fisis, berupa suhu atau temperature sekitar sensor menjadi besaran elektris dalam bentuk perubahan tegangan, pada gambar 2.1 menunjukkan sebuah LM 35 tampak sisi depan, dan gambar 2.2 menunjukkan LM 35 tampak dari sisi bawah yang dapat dilihat kaki-kaki dari LM 35. Sensor suhu LM35 memiliki parameter bahwa setiap kenaikan 1 ºC tegangan keluarannya naik sebesar 10 mV dengan batas maksimal keluaran sensor adalah 1,5 V pada suhu 150 °C. Misalnya pada perancangan menggunakan sensor suhu LM35 kita tentukan keluaran adc mencapai full scale pada saat suhu 100 °C, sehingga saat suhu 100 °C tegangan keluaran transduser (10mV/°C x 100 °C) = 1V.

                      

      Gambar 2.1  LM35 tampak depan             Gambar 2.1 LM35 tampak bawah

Meskipun tegangan sensor suhu LM35 ini dapat mencapai 30 volt akan tetapi yang diberikan kesensor adalah sebesar 5 volt, sehingga dapat digunakan dengan catu daya tunggal dengan ketentuan bahwa LM35 hanya membutuhkan arus sebesar 60 µA hal ini berarti LM35 mempunyai kemampuan menghasilkan panas (self-heating) dari sensor yang dapat menyebabkan kesalahan pembacaan yang rendah yaitu kurang dari 0,5  ºC pada suhu 25 ºC .
V lm35 = suhu * 10 mV

Berikut ini adalah karakteristik dari sensor suhu LM35.

• Memiliki sensitivitas suhu, dengan faktor skala linier antara tegangan dan suhu 10 mVolt/ ºC, sehingga dapat dikalibrasi langsung dalam celcius.
• Memiliki ketepatan atau akurasi kalibrasi yaitu 0,5 ºC pada suhu 25 ºC .
• Memiliki jangkauan maksimal operasi suhu antara -55 ºC sampai +150 ºC.
• Bekerja pada tegangan 4 sampai 30 volt.
• Memiliki arus rendah yaitu kurang dari 60 µA.
• Memiliki pemanasan sendiri yang rendah (low-heating) yaitu kurang dari 0,1 ºC pada udara diam.
• Memiliki impedansi keluaran yang rendah yaitu 0,1 W untuk beban 1 mA.
• Memiliki ketidaklinieran hanya sekitar ± ¼ ºC.

2.      PTC

Komponen termistor PTC (Positive Temperatur Coefficient) adalah suatu resistor yang mempunyai koefisien temperatur positif yang sangat tinggi. Dimana nilai resistansi PTC akan semakin tinggi pada saat perubahan suhu disekitar PTC semakin tinggi. Pada gambar 2.3 menunjukkan bentuk fisik dari sensor PTC. PTC memiliki sifat yang berkebalikan dengan NTC. PTC akan memeberikan perubahan resistansi semakin rendah pada saat suhu disekitar body PTC semakin dingin.

Gambar 2.3 Thermistor PTC

Karakeristik PTC (Positive Temperatur Coefficient)

Dalam beberapa hal PTC ini berbeda dengan NTC seperti yang dituliskan berikut ini :

·         Koefisien temperatur dari termistor PTC akan positif hanya antara daerah temperatur tertentu. Diluar daerah temperatur ini, koefisien temperaturnya bisa nol ataupun negatif.

·         Harga koefisien temperatur mutlak dari termistor PTC, hampir dalam seluruh kejadian jauh lebih besar daripada yang dimiliki oleh termistor NTC.

Berikut ini adalah Simbol dan Gambar Komponen Thermistor PTC :

Cara Mengukur PTC Menggunakan Multimeter

1. Seting multimeter sebagai ohm meter
2. Hubungkan kedua probe multimeter pada kaki PTC, multimeter harus menunjuk sutu nilai resistansi sesui dengan nilai resistansi PTC yang tertera pada body PTC.
3. Berikan perubahan suhu menggunakan solder pada body PTC dan amati perubahan resistansinya. Dengan memberikan perubahan suhu semakin panas maka resistansi kedua kaki PTC harus bertambah semakin besar.

Hasil pengukuran PTC menggunakan multimeter tersebut, dikatakan PTC dalam kondisi baik bila PTC mampu memberikan perubahan resistansi semakin besar pada saat suhu PTC semakin tinggi. Pada langkah ke 2 apabila nilai resistansi yang ditunjuk multimeter adalah 0 Ohm maka PTC rusak (short), dan apabila menunjuk nilai tidak berhingga maka PTC rusak (open).

3.      NTC

Pengertian termistor NTC (Negative Temperature Coefisien) adalah resistor dengan koefisien temperatur negatif yang sangat tinggi. Termistor jenis ini dibuat dari oksida dari kelompok elemen transisi besi ( misalnya FE₂O₃, N_iO CoO dan bahan NTC yang lain) gambar 2.4 menunjukkan bentuk fisik sensor NTC .

Gambar 2.4 Thermistor NTC

Oksida – oksida ini mempunyai resistivitas yang sangat tinggi dalam zat murni, tetapi bisa ditransformasikan kedalam semi konduktor dengan jalan menambahkan sedikit ion – ion lain yang valensinya berbeda. Harga nominal biasanya ditetapkan pada temperatur 25 ^oC. Perubahan resistansi yang diakibatkan oleh non linieritasnya ditunjukkan dalam bentuk diagram resistansi dengan temperatur, seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut ini.

Karakteristik NTC (Negative Coefisien Temperature)

Bilamana memungkinkan untuk menemukan termistor NTC untuk memenuhi seluruh harga NTC yang dibutuhkan, kadang – kadang jauh lebih ekonomis bila beberapa NTC digabung atau diadaptasikan harga-harga resistansi yang sudah ada dalam rangkaian dengan salah satu atau lebih termistor NTC yang kita punyai.

    Berikut ini adalah Simbol dan Gambar Komponen Thermistor NTC:  

Kadang-kadang, dengan menambah resistor seri dan paralel dengan NTC, dan kita bisa memperoleh harga termistor NTC standart yang kita perlukan. Seandainya tidak bisa maka kita perlu mencari type termistor NTC khusus yang kita butuhkan.

Jadi seandainya dari seluruh kombinasi resistor yang telah kita lakukan kita tidak mendapat harga NTC standart yang kita butuhkan, maka dalam hal ini kita perlu mencari NTC sesuai dengan spesifikasi yang kita butuhkan. Dalam suatu rangkaian dimana terdapat suatu NTC, maka rangkaian resistor tambahan seringkali banyak manfaatnya.

Contoh berikut ini akan menunjukkan dan menjelaskan suatu hasil kombinasi antara NTC dengan resistor biasa .Anggap saja sekarang kita sedang membutuhkan termistor NTC dengan harga yang berkisar antara 50Ω pada 30 oC dan 10 Ωpada 100 oC . Tentunya type standart yang mempunyai karakteristik demikian tidak terdapat dalam program kita . Sekalipun demikian , kita tak perlu cemas sebab masalah ini bisa kita atasi dengan satu buah NTC standart dan dua buah resistansi biasa .

Cara Mengukur NTC Dengan Multimeter

1. Atur atau posisikan multimeter sebagai Ohm meter
2. Hubungkan kedua terminal NTC dengan probe multimeter
3. Amati jarum atau display pada multimeter harus menunjuk suatu nilai resistansi sesuai nilai yang tertera pada NTC tersebut (misal 10 KOhm)
4. Berikan perubahan suhu pada multimeter dengan benda panas seperti solder pada body NTC, amati perubahan resistansinya. NTC yang baik maka akan memberikan respon perubahan nilai resistansi yang ditunjukan multimeter akan turun kurang dari 10 KOhm hingga beberapa Ohm.

Apabila pada langkah 3 tersebut multimeter menunjuk pada 0 Ohm dengan kondisi pada suhu ruangan maka NTC tersebut rusak (short circuit) dan apabila multi meter tidak menunjuk atau jarum tidak bergerak maka NTC tersebut rusak dengan kondisi open circuit. Kemudian apabila pada langkah 4 multimeter tidak memberikan respon perubahan resistansi pada saat NTC diberikan perubahan suhu maka NTC rusak dan tidak layak pakai.

4.      IC LM358

Gambar 2.5 kaki-kaki IC LM358

IC LM358 merupakan rangkaian terintegrasi yang memiliki dua penguat operasional. Pada gambar 2.5 merupakan fungsi dari masing-masing pin. Pada IC LM358 ini terdapat 4 masukan, memiliki faktor penguatan yang besar dan frekuensi internal yang berubah-ubah, yang mana di desain secara spesifik untuk beroperasi dari sebuah power supply melalui sebuah range tegangan. IC ini memiliki spesifikasi sebagai berikut, frekuansi internal yang dapat diubah untuk penguatannya, penguatan tegangan yang besar (100dB), memiliki besar range tegangan antara 3V-32V, arus bias input rendah(20nA), arus offset rendah(2nA), tegangan offset input rendah (2mV).

ALAT DAN BAHAN

1.      Jobsheet praktikum sensor suhu

2.      Avo meter

3.      Power supply

4.      Jack banana (kabel jumper)

5.      Sensor LM 35, PTC, NTC.

6.      Project board

7.      IC LM358

8.      Resistor

9.      Potensio

LANGKAH KERJA

1.      Kesehatan dan Keselamatan kerja

a.      Pelajari dan pahami petunjuk praktikum pada lembar kegiatan praktikum.

b.      Pastikan tegangan keluaran catu daya sesuai yang dibutuhkan.

c.       Periksalah komponen modul trainer sebelum digunakan.

d.      Sebelum catu daya dihidupkan hubungi dosen pendamping untuk mengecek kebenaran rangkaian.

e.      Yakinkan tempat anda bekerja aman dari sengatan listrik.

f.        Ketika melaksanakan praktikum, pastikan suhu yang terukur tidak melebihi dari batas skala termometer (± 10 menit).

g.      Hati-hati dalam penggunaan peralatan praktikum!

2.      Langkah Percobaan

a.      Siapkan alat dan bahan (trainer sensor suhu)

b.      Hubungkan rangkaian sensor suhu (PTC, NTC, LM35) serta rangkaian pengkondisi sinyal dengan catu daya sebesar +/- 5 volt.

c.       Hubungkan output sensor dengan inputan pada buffer, dan outputan buffer dengan inputan penguat noninverting dengan menggunakan jumper(jack banana).

d.      Amati perubahan suhu dan tegangan pada sensor.

e.      Catat tegangan yang dihasilkan sesuai dengan tabel.

f.        Rangkailah rangkaian sensor suhu  PTC dan NTC seperti pada gambar 2.6

Gambar.2.6 rangkaian sensor PTC atau NTC

g.      Rangkailah rangkaian sensor suhu LM35 seperti pada gambar 2.7

Gambar 2.7 rangkaian sensor IC LM35

h.      Catat suhu awal pada sensor.

1.       Nilai Resistansi PTC 18 Ohm dengan Kode 180NN5A

2.       Nilai Resistansi NTC 22 Ohm dengan Kode 22D-11

3.       Tegangan NTC mula-mula 537 mV

4.       Tegangan PTC mula-mula 10,5 mV

5.       Nyalakan solder dan catat tegangan sesuai instruksi pada tabel 1.

Tabel 1. Rangkaian Pembagi Tegangan PTC, NTC, dan LM 35

Suhu	Tegangan PTC(mV)		Tegangan NTC (mV)		Tegangan LM 35 (mV)
	Sensor	Diff	Sensor	Diff	Sensor	Diff

GRAFIK HASIL PERCOBAAN

grafik Sensor PTC

grafik Sensor NTC

grafik Sensor LM 35

ANALISIS

KESIMPULAN

SOAL LATIHAN

1.      Bagaimana karakteristik dari sensor suhu PTC, NTC dan LM35?

2.      Sebutkan dan jelaskan contoh pengaplikasian dari ketiga sensor tersebut?

3.      Bagaimana karakteristik dan fungsi dari IC LM358 pada rangkaian tersebut?