MODUL_8_Rev_1
-
Upload
mochamadirwan1 -
Category
Documents
-
view
137 -
download
0
Transcript of MODUL_8_Rev_1
5/12/2018 MODUL_8_Rev_1 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/modul8rev1 1/10
VIII.1
MODUL 8
PERCOBAAN TRANSDUSER TEMPERATUR DENGAN SENSOR
THERMOCOUPLE
I. TUJUAN
I.1 TujuanInstruksionalUmum
1) Mahasiswa mampu memahami r angkaian pengkondisi sinyal untuk sensor
temper atur IC thermocouple.
I.2 TujuanInstruksionalKhusus
1) Mahasiswa mampu menghitung komponen yang di per lukan untuk membuat
r angkaian pengkondisi sinyal untuk sensor temper atur IC thermocouple sesuai
dengan k ebutuhan.
2) Mahasiswa mampu mer angkai r angkaian pengkondisi sinyal untuk sensor
temper atur IC thermocouple.
3) Mahasiswa mampu mengkali br asir angkaian pengkondisi sinyal untuk sensor
temper atur IC thermocouple.
II. DASAR TEORI
Sebuah termoko pel ter dir i dar i sepasang kawat logam yang tidak sama dihubungkan
ber sama-sama pada satu ujung (ujung elemen atau ujun g panas) dan ber akhir pada ujung
lain (titik referensi atau ujungdingin) yang di per tahankan pada suatu temper atu konstan
yang dik etahui. Bila antar a ujung elemen dan titik referensi ter da pat perbedaan temper atur,
suatu ggl yang menyeba bkan arus di dalam r angkaian akan dihasilkan. Bila titik referensi
ditutup oleh sebuah alat uk ur atau instrument pencatat seper ti dalam gambar 1, penun jukkan
alat uk ur ter sebut akan sebanding dengan selisih temper atur antar a ujung panas dan titik
referensi. Efek termolistr ik yang diaki batkan, oleh potensial- potensial kontak pada titik-titik
sambung ini dik enal sebagai efek Seeback , menurut ahli f isika Jerman, Thomas Seeback .
5/12/2018 MODUL_8_Rev_1 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/modul8rev1 2/10
VIII.2
Gambar 1. R angkaian dasar termoko pel
Besar nya ggl termal ber gantung pada bahan kawat yang digunakan dan pada selisih
temper atur antar a titik-titik sambung. Gambar 2 memper lihatkan ggl termal untuk beber a pa
bahan termoko pel yang ada di pasar an. Nilai-nilai tegangan padagambar 2 didasar kan pada
temper atur referensi sebesar 32oF atau sama dengan 0
oC.
Gambar 2. Tegangan termoko pel sebagai fungsi temper atur untuk
berbagai bahan termoko pel.
Untuk men jamin umur yang pan jang dalam lingk ungan o per asinya, termoko pel
dilindungi di dalam sebuah logam pelindung atau lo bang yang ujungnya terbuka atau
ter tutup. Guna mencegah pengotor an termoko pel bila yang digunakan adalah logam-logam
mulia (platina dan paduannya), ta bung pr oteksi dilembam secar a kimia dan dihampakan
dengan k etat. K arena termoko pel biasanya ber ada pada lokasi yang jauh dar i instrumen
pencatat, sambungan-sambungan di buat dengan menggunakan kawat-kawat perpan jangann
5/12/2018 MODUL_8_Rev_1 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/modul8rev1 3/10
VIII.3
(extention wires) khusus yang disebut kawat-kawat kompensasi. Ketelitian penguk ur an
maksimal di jamin bila kawat kompensasi adalah bahan yang sama dengan termoko pel.
Penguk ur an temper atur yang paling seder hana dengan menggunakan sebuah termoko pel adalah menghubungkan langsung sebuah milivoltmeter sensitif k eujungdingin
(temper aturreferensi) yang di jagakonstan. Car a ini seder hana namun mempunyai
k ek ur angan, per tama per lunya temper atur referensi yang harus di jaga secar a konstan, yang
ber ar ti butuh media maupun teknik pengendalian temper atur referensi agar konstan. Kedua
ber ar ti def leksi alat pencatat hampir berbanding langsung dengan beda temper atur antar a
ujung panas dan titik referensi, padahal termoko pel hanya da pat menyalur kan daya yang
sangat terbatas untuk mengger akkan alat pencatat.
Metoda lain yang digunakan adalah pemakaian potensiometer dalam penguk ur an
temper ature menggunakan termoko pel. Secar a pr insi p r angkaian ini memanf aatkan
per geser an potensiometer aki bat var iasi temper atur pada ujung panas termoko pel. Kerugian
dar i sistem ini adalah memer lukan motor rever si bel untuk mengger akkan potensiometer dan
memer lukan sistem pengendalian otomatis (feed back contr ol system) yang tidak
seder hana. Secar a pr aktis penggunaan sistem k endali otomatik dengan sistem
elektr omekanik men jadi tidak ef isien lagi untuk diter a pkan pada penguk ur an temper atur
yang menggunakan elemen termoko pel.
Penguk ur an secar a pr aktis yang banyak di jumpai di dunia industr i adalah penggunaan
temper atur referensi secar a elektr onik , dimana untuk cold junction dikompensasi oleh
elemen temper atur seper ti termistor, maupun elemen IC. Bahkanuntuk cold junction
temperatur reference, elemen, dan penguat sudah dik emas dalam satu r angkaian ter integr asi
seper ti AD 594, AD595, dll. Hanya sa ja per soalannya IC-IC ter sebut masih susah di per oleh
di pasar an Indonesia.
Pada pr atik um ini dilak ukan penguk ur an temper ature dengan cold junction yang
diinder a oleh elemen termistor atau elemen IC yang banyak ter sedia di pasar an ,k emudian
sinyal di pr oses dengan pengkodisi sinyal. Gambar 3 memper lihatkan sk ema/diagr am pr oses
penguk ur an temper atur dengan kompensasi elektr onik (har dware).
5/12/2018 MODUL_8_Rev_1 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/modul8rev1 4/10
VIII.4
Gambar 3. K onsep dasarpenguk ur an dengan kompensasi har dware
K onsep dasar r angkaian yang digunakan dalam penelitian ini da pat dilihat pada
gambar 4.
R3
R3
R4
R4
R2
R2
R1
R1
T ref
LM
335
Vs
V outU2
U1
-
+
+
-
A
BT
Gambar 4. R ancangan r angkaian termoko pel
Seper ti ditun jukkan pada gambar 4, untuk menguk ur temper ature referensi (cold
junction) digunakan sensor thermoko pel yang mempunyai kar akter istik yang linier dengan
sensitivitas 10 mV/oC. Sensor temper atur yang berbentuk seper ti IC (berbentuk seper ti
k emasan tr ansistor) ini mudah dida patkan di pasar an. Sensor thermoko pel ini mempunyai
range temper atur ber kisar antar a -4OoC sampai 100
oC, sehingga cuk up digunakan untuk
menguk ur temper ature referensi yang biasanya ber ada pada range temper atur normal untuk
suatu per alatan elektr onik .IC Thermoko pel ini selain mempunyai k elebihan juga mempunyai k elemahan yaitu
mempunyai res pons atau konstanta waktu yang relatif agak lama di bandingkan dengan
sensor / elemen termistor. K arena IC thermoko pel sebenar nya adalah suatu diode zener
yang peka temper atur maka da pat di pastikan bahwa setia p sensor thermoko pel ini hamper
selalu identik (linier dengan sensitivitas 10 mV/oC).
5/12/2018 MODUL_8_Rev_1 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/modul8rev1 5/10
VIII.5
Sensor termistor mempunyai k elebihan pada res pons waktunya atau konstanta
waktunya yang cepat, namun sensor ini yang paling tidak linier di bandingkan dengan sensor
temper atur yang lain. Per lu penambahan r angkaian lagi untuk melinier kannya. Apalagi
ditambah dengan kondisi bahwa k etidaklinier an dar i termistor ter sebut untuk suatukomponen dengan suatu s pesif ikasi ter tentu yang sama (missal dengan tahanan yang sama)
adalah berbeda- beda.
Dengan mengingat bahwa kondisi dar i temper atur referensi (cold junction) adalah
temper atur normal ruangan per alatan yang memiliki gr adien temper atur yang relatif k ecil
dan perubahan / f luktuasi temper atur nya juga relative k ecil, maka k elemahan pada IC
thermoko pel men jadi da pat dia baikan. Apalagi jika dilengka pi dengan f an atau ki pas
pendingin, ataupun ruangan yang ada dilengka pi dengan sistem pengkondisian udar a yang
dik endalikan temper atur nya, maka k elemahan dar i IC thermoko pel ini semakin da pat diatasi.
Dar i gambar 3 ter lihat bahwa penguat sinyal yang digunakan adalah penguat
differensial (penguat selisih). Pilihan ini sangat cocok dengan mengingat bahwa tegangan
out put dar i suatu termoko pel sangat k ecil sekali dimana untuk termoko pel jenis K
mempunyai sensitivitas 40 QV/oC, maka hampir da pat di pastikan bahwa der au atau induksi
elektr omagnet yang muncul pada r angkaian bisa lebih besar dar i sinyal uk ur nya.
Bila digunakan penguat biasa seper ti penguat inver ting maupun penguat non-
inver ting, maka sinyal der au / tegangan yang ber asal dar i induksi elektr omagnet jala- jala
PLN atau per alatan listr ik yang ber ada di sekitar nya juga ik ut di per k uat, sehingga
penggunaan r angkaian ter sebut men jadi tidak cocok lagi. Dengan menggunakan penguat
differensial maka der au yang ber asal dar i luar ter sebut bisa dieliminir.
R angkaian differensial mempunyai CMRR (Common Mode Rejection R atio) yang
tinggi, sehingga penolakan der au juga akan semakin efektif. Dengan r angkaian seper ti itu
sudah di pandang cuk up untuk di pakai pada r angkaian tr ansduser termoko pel. Jika masih
ada der au yang muncul maka bisa digunakan f ilter aktif.
IC penguat yang digunakan juga da pat menyeba bkan per soalan a pa bila tidak di pilih
secar a tepat. Untuk kondisi seper ti r angkaian pada gambar 4, maka di pilih IC dar i jenis
FET yang banyak di pasar an seper ti TL 081, CA 3140, LF 351 dan lain sebagainya. IC biasa
seper ti IC 741 bisa di pakai namun k etelitian men jadi k ur ang dan cenderung menghasilkan
der au.
Pada pr atik uminidir ancang agar alat uk ur bisa menguk ur temper atur dar i 0o
C sampai
100oC dengan tegangan k eluar an dar i 0 V sampai 5 Volt. Untuk menghitung nilai-nilai
5/12/2018 MODUL_8_Rev_1 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/modul8rev1 6/10
VIII.6
komponen seper ti pada gambar 4 agar sesuai dengan per ancangan maka data yang per lu
dik etahui adalah :
* Sensitivitas LM 335 sebesar 10 mV/oC.
* S
ensitivitas termoko pel sebesar 40 V/
o
C.* Tegangan termoko pel pada 100
oC sebesar 4,059 mV (referensi 0
oC).
Penguatan total yang di per lukan :
Gain total = (5 V/4,095 mV
= 1221 X
Untuk mengompensasi digunakan LM 335, sehingga korektor inimenghasilkan penguatan :
= (10 mV/oC)/.( 40 V/oC)
= 250 X
Nilai penguatan sebesar 250 kali ini di per oleh dengan membuat Op-Amp U1 yang
dikonf igur asikan dengan R 2 = 500 k (di buat dengan memasang resistor teta p 330 k dan
potensiometer 200 k ) dan R 1 = 2 k.
Sisa penguatan yang harus ditambahkan adalah :
= (1221/250)
= 4,88 X
Nilai penguatan ini di bentuk oleh Op-Amp U2 yang dir angkai dengan resistor R 3 = 10
k dan R 4 = 48.8 k (di buat dengan menggunakan potensiometer 50 k) .
Sehingga tegangan k elur an termoko pel :
Vout = 4.48 (250 VTC- VLM 33««««««««««.*)
III. ALAT& BAHAN
Thermoko pel (1 buah)
Thermometer gelas (1 buah)
Sumber daya sear ah (simetr is) (1 buah)
Multimeter digital (1 buah)
K it pr aktik um thermoko pel
Pemanas air + wadah (1 buah)
IV. PROSEDUR PERCOBAAN
A. 1. Buatlah r angkaian seper ti pada gambar 5
5/12/2018 MODUL_8_Rev_1 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/modul8rev1 7/10
VIII.7
2. Lak ukan test agar r angkaian ter sebut da pat menghasilkan penguatan sebesar 250 kali.
Hal ini da pat dilak ukan dengan member ikan beda tegangan ter tentu pada kaki-kaki
in put dan mengatur besar nya potensio 500 k sehingga di per oleh penguatan yang
sesuai (250 kali).
Gambar5.Penguat selisih dengan penguatan 250 kali
B. 1. Buatlahr angkaianseper ti padagambar6
2. Dengan car a yang sama lak ukan pr osedur seper ti pada langkah A.2, namun untuk
penguatan sebesar 4,88 kali (potensiometer yang diatur adalah potensiometer 50 k).
5/12/2018 MODUL_8_Rev_1 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/modul8rev1 8/10
VIII.8
Gambar6.Penguat selisih dengan penguatan 48,8kali
C. 1. Sambung kan k eluar an V2 dir angkaian gambar 5 dengan in putan V2 dir angkaian
gambar 6.
2. Sambungkan r angkaian k eluar an tr ansduser IC LM 335 yang sudah di buat pada
per co baan sebelumnya dengan in putan V1 dir angkaian gambar 6
3. Sambungkan k edua ujung ka bel thermoko pel ty pe K pada in putan dir angkaian
gambar 5.
4. Per hatikan bahwa ka bel (+) thermoko pel dihubungkan k e VT (+) dan ka bel (±)
thermoko pel dihubungkank e VT (-).
D. 1. Sia pkan wadah yang ber isi air es yang dilengka pi dengan pemanas air.
2. Masukkan sensor thermoko pel yang diuji k edalam wadah es.
3. Catat k eluar an tr ansduser
4. Catat pula temper ature di wadah dengan thermometer digital.
5. Panaskan es dengan car a menambah air k edalam wadah ter sebut pelan- pelan sampai
suhunya naik per lahan-lahan.
6. Catat perubahan suhu yang terjadi pada tr ansduser dengan mencatat pula
thermometer pembanding (thermometer digital).
7. Lak ukan hal ter sebut sampai temper atur air normal.
5/12/2018 MODUL_8_Rev_1 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/modul8rev1 9/10
VIII.9
8. Panaskan air dan catat perubahan temper atur yang terjadi baik itu pada tr ansduser
yang sedang diuji maupun thermometer pembanding.
9. Lak ukan sampai air mendidih.
10. Ta belkan hasil per co baan sebagai ber ik ut:
No. Thermometer Digital Thermometer yang Diuji
1.
2.
3.
-
-
-
-
-
- -
10.
- oC
4 oC
8oC
-
-
-
-
-
- -
100oC
V. TUGAS & PERTANYAAN
1. Buatlah hubungan antar a temper ature air yang ditun jukkan oleh thermometer digital
(sebagai sumber x) dan temper atur air yang ditun jukkan oleh thermometer yang
sedang diuji (sebagai sumbu y).
2. Buatlah pendekatan gr af is secar a linier dengan metoda least square.
3. Apa k esimpulan saudar a!