DATA AKUSISI UNTUK PENGUKURAN TEMPERATUR

Dalam merancang sistem pengukuran ada beberapa langkah yang perlu diperhatikan :

1. Variabel yang akan diukur : Temperatur2. Sensor yang akan digunakan : Termistor3. Pengkondisi sinyal : Amplifier dan ADC

A. Pengertian TermistorTermistor adalah suatu jenis resistor yang sensitive terhadap perubahan suhu. Prinsipnya adalah memberikan perubahan resistansi yang sebanding dengan perubahan suhu. Perubahan resistansi yang besar terhadap perubahan suhu yang relatif kecil menjadikan termistor banyak dipakai sebagai sensor suhu yang memiliki ketelitian dan ketepatan yang tinggi.Termistor merupakan salah satu jenis sensor suhu yang mempunyai koefisien temperatur yang tinggi. Komponen dalam termistor ini dapat mengubah nilai resistansi karena adanya perubahan temperatur. Dengan demikian dapat memudahkan kita untuk mengubah energi panas menjadi energi listrik. Termistor dapat dibentuk dalam bentuk yang berbeda-beda, bergantung pada lingkungan yang akan dicatat suhunya. Lingkungan ini termasuk kelembaban udara, cairan, permukaan padatan, dan radiasi dari gambar dua dimensi. Maka, termistor bisa berada dalam alat-alat seperti disket, mesin cuci, tasbih (manik-manik), balok,dan satelit.

Gambar1 Diagram Blok Termistor

B. Pemrosesan SinyalPerubahan resistansi termistor harus dikonversikan menjadi sinyal tegangan yang lalu diaplikasikan pada suatu alat ukur misalnya DVM ,dan seterusnya dikonversi menjadi sinyal arus yang melewatinya dan akhirnya pembacaan yang berkaitan dengan temperatur yang diukur.Salah satu cara mengkonversi perubahan resistansi menjadi tegangan yaitu dengan rangkaian pembagi tegangan.

Gambar2 Rangkaian Pembagi Tegangan

Misalkan suatu Termistor memiliki resistansi : 4,7KΩ pada suhu 25°C 15,28 KΩ pada suhu 0°C 0,33 KΩ pada suhu 100°C

Resistor variabel dapat bernilai 0 sampai 100 KΩ. Apabila resistor variabel bernilai 0 KΩ maka akan timbul arus yang sangat besar melalui termistor. Karena arus yang besar dapat menimbulkan panas yang dapat merusak komponen. Maka dari itu dibutuhkan Resistor protektif untuk mencegah hal-hal semacam ini terjadi.

Daya maksimum yang dapat ditahan oleh Termistor ditentukan sebesar 250mW. Jadi dengan catu tegangan 6V, nilai variabel resistor 0 KΩ, Resistansi protektif R, dan Termistor pada temperatur 100°C,maka kita akan menentukkan nilai resistor protektif yang akan kita gunakan. Dengan mencari arus I yang mengalir melewati termistor dirumuskan sebagai V=IR

sehingga 6 = I (330 + 0 + R)

I = 6

330+RDaya yang didisipasikan oleh termistor adalah I2 x 330, sehingga jika daya yang diinginkan berada dibawah nilai maksimum, misalkan 100mW, maka dapat dirumuskan sebagai berikut:

P = I2R

0,01 = (6

330+R¿2 x 330

TERMISTOR VOLTAGE DIVIDER AMPLIFIER ADC DISPLAY

Maka resistor protektif yang didapat adalah 15Ω.

Contoh : 1. Ketika temperatur termistor bernilai 0°C, resistansinya bernilai 15,25 KΩ. Jika resistor

variabelnya diatur sebesar 5 KΩ dan resistor protektif sebesar 15 Ω, maka besarnya tegangan keluaran ketika tegangan catu yang dikenakan 6V adalah:

2. Ketika temperatur termistor bernilai 100°C, resistansinya bernilai 0,33 KΩ. Jika resistor variabelnya diatur sebesar 5 KΩ dan resistor protektif sebesar 15 Ω, maka besarnya tegangan keluaran ketika tegangan catu yang dikenakan 6V adalah:

Jadi pada temperatur 0°C - 100°C, tegangan keluaran berubah nilainya dari 1,48V sampai 5,63V. Sebuah voltmeter dengan skala yang mencakup rentang nilai ini dapat digunakan untuk menampilkan keluaran yang dihasilkan.

Vout = 5,015KΩ

330Ω+5,015KΩ x 6 V = 5,63 V

Vout = 5,015KΩ

15,28KΩ+5,015KΩ x 6 V = 1,48V

Untuk diproses pada komputer maka data analog harus dikonversikan dalam bentuk digital dengan ADC

C. Konversi sinyal analog menjadi format digital

Sebelum masuk ke dalam rangkaian ADC, tegangan output dari pembagi tegangan akan masuk ke rangkaian op-amp. IC LM 358 digunakan sebagai penguat. Rangkaian penguat ini diperlukan karena kenaikan sebesar 10 mV setiap derajat celcius tidak dapat langsung dihubungkan ke ADC 0804 karena berada di bawah toleransi ketelitian. Tingkat kenaikan tegangan yang lebih kecil dari toleransi ketelitian ADC 0804 akan menyebabkan kesalahan dalam pengukuran. Untuk menghindari kesalahan tersebut maka diperlukan rangkaian penguatan dengan menggunakan LM 358 serta dengan konfigurasi penguatan tak membalik. Resistor R 10kΩ dan potensiometer 30kΩ dapat digunakan untuk mengatur agar keluaran dari LM 35 menjadi 4 kali lebih besar.

Pada saat 0°C , tegangan output = 10mV/°C x 0°C = 0VPada suhu max 125°C tegangan output = 10mV/°C x 100 = 1,25V

Dengan penguatan 4 kali maka didapat tegangan output; Pada saat 0°C , tegangan output = 4 x 0 = 0V

Pada saat 125°C , tegangan output = 4 x1,25 = 5vMaka tegangan output dari op-amp 0-5V, tegangan ini sesuai untuk tegangan

input ADC 0804.Kita akan melakukan konversi dengan menggunakan ADC jenis SAR 8 bit. Pengubah tegangan analog ke tegangan digital berfungsi untuk mengubah harga tegangan sinyal yang telah dicuplik (tegangan analog) kedalam kode-kode biner (besaran digital). Pada alat ini digunakan komponen ADC 0804. IC ADC 0804 adalah sebuah CMOS 8 bit yang bekerja dibawah 100µs dan menggunakan metode successive approximation untuk pengkonversinya. IC ADC jenis ini menawarkan beberapa keuntungan antara lain kecepatan yang tinggi dan konsumsi daya rendah . ADC0804 mempunyai lebar data 8-bit maka format data maksimal adalah 256 (0FFH). ADC0804 mempunyai tegangan referensi pada pin 9, tegangan tersebut sebagai acuan dalam konversi bit/volt.

Bila diketahui Vin masukan ADC sebesar 3V dan Vreff ADC sebasar 5 Volt dengan lebar data 256 bit. Maka kode binary nya adalah :

Step 1

Set b1 =1 , Vx = 5 x 128256

=2,5 V

Vin > Vx , b1 tidak direset , masih 1 (MSB) 10000000

Step 2

Set b2 =1 , Vx = 2,5 x 64

256 =0,625 V

Vin > Vx , b2 tidak direset masih 1 11000000 Step 3

Set b3 =1 , Vx = 0,625 x 32

256 =0,07 V

Vin > Vx , b3 tidak direset masih 1 11100000

Step 4

Set b4=1, Vx = 0,07 x 16

256 =4,375 mV

Vin > Vx , b4 tidak direset masih 1 11110000 Step 5

Set b5=1, Vx = 4,375mV x 8

256 =0,13mV

Vin > Vx , b5 tidak direset masih 1 11111000 Step 6

Set b6=1, Vx = 0,13mV x 4

256 = 2 uV

Vin > Vx , b6 tidak direset masih 1 11111100

Step 7

Set b7=1, Vx = 2uVx 2

256 =0,015uV

Vin > Vx , b7 tidak direset masih 1 11111110

Step 8

Set b8=1, Vx = 0,015 x 1

256 =0,06nV

Vin > Vx , b8tidak direset masih 1 11111111

Maka binary kode nya adalah 11111111 (0FFH)

Setelah mendapatkan sinyal-sinyal digital selanjutnya akan ditransfer oleh komputer. Memungkinkan sinyal-sinyal dari komputer untuk pengontrolan proses.