proposal TA Vicky Pratama

download proposal TA Vicky Pratama

of 17

  • date post

    01-Jul-2015
  • Category

    Documents

  • view

    393
  • download

    3

Embed Size (px)

Transcript of proposal TA Vicky Pratama

1.

Judul Tugas Akhir Judul tugas akhir yang penulis ajukan adalah Perancangan dan Simulasi Data

Logger Suhu pada Thermocouple menggunakan LabVIEW.

2.

Latar Belakang Dewasa ini dalam proses produksi dan teknologi, perkembangan proses kontrol,

otomasi, kualitas kontrol, peningkatan masalah keamanan menjadi aspek yang harus diprioritaskan. Beberapa aspek tersebut membutuhkan kualitas sensor, karakteristik dan pendekatan ukuran aplikasinya. Sensor yang dibuat harus mempunyai kriteria tertentu dan memiliki sensitiftas yang tinggi sehingga data yang dihasilkan cukup representatif agar dapat diolah menjadi suatu data yang valid dan dapat dipertanggungjawabkan. Kriteria instrumentasi yang harus dimiliki alat ukur adalah dari sisi akurasi, reliabilitas, interchangebility, biaya dan keamanan. Temperatur adalah besaran lingkungan yang sering diukur, karena memliki pengaruh besar pada besaran fisik, listrik, kimia, mekanik maupun biologi. Sensor suhu yang ada mempunyai berbagai karakteristik dan spesifikasi sendiri-sendiri, sebagai contoh termokopel, memiliki beberapa tipe yang masing-masing tipe memiliki karakteristik tertentu. Oleh karena itu untuk mendukung proses aplikasi penggunaan termokopel untuk pembuatan data logger suhu namun perlu diteliti terlebih dahulu karakteristik termokopel yang ada, perlu dirancang perangkat keras penghubung besaran analog dari termokopel ke komputer untuk diketahui rekaman besaran suhu terhadap waktu, sehingga hasil akhirnya dapat ditentukan grafiknya, yang sebelumnya diperoleh dari data-data yang telah terekam pada waktu tertentu.

3.

Rumusan dan Batasan Masalah Berdasarkan identifikasi latar belakang yang telah dijelaskan, rumusan masalah

dari pembuatan tugas akhir ini, adalah: a) Bagaimanakah cara merancang perangkat yang dapat menghubungkan secara langsung antara thermocouple dan komputer? b) Bagaimanakah caranya menampilkan hasil pengukuran thermocouple di layar komputer setiap perubahan waktu dan hasilnya dapat direkam?

Dengan rumusan masalah tersebut, maka batasan masalah tugas akhir yang diperhatikan, sebagai berikut: a) b) Sensor yang digunakan berupa thermocouple dengan tipe tertentu Perangkat lunak yang digunakan untuk mengoperasikan adalah LabVIEW, yang berfungsi sebagai monitoring data. c) Perangkat keras yang digunakan sebagai penghubung berupa rangkaian elektronik amplifier dan ADC dengan mikrokontroler ATMEGA 8535, dengan komunikasi serial. d) Hasil keluaran dari tugas akhir ini berupa data logging perubahan suhu pada thermocouple terhadap waktu.

4.

Tujuan Tugas Akhir Tujuan utama dari tugas akhir ini adalah merancang perangkat keras yang dapat

menghubungkan secara langsung (plug and play) antara thermocouple dengan komputer, yang seluruh data dan perubahan data yang diperoleh dapat langsung ditampilkan di layar monitor maupun dicetak berupa grafik logger suhu, dengan bantuan software LabVIEW.

5. 5.1

Tinjauan Pustaka Definisi Singkat Termokopel Berasal dari kata Thermo yang berarti energi panas dan Coupleyang berarti

pertemuan dari dua buah benda. Termokopel adalah transduser aktif suhu yang tersusun dari dua buah logam berbeda dengan titik pembacaan pada pertemuan kedua logam dan titik yang lain sebagai outputnya[1]. Maka termokopel adalah sebuah transduser yang digunakan untuk mengkonversi perubahan termal suatu objek menjadi energi listrik[2]. Termokopel dapat beroperasi dengan rentang suhu yang besar. Sebuah termokopel terdiri dari dua buah kawat yang kedua ujungnya disambung sehingga menghasilkan suatu open circuit voltage sebagai fungsi dari suhu, diketahui sebagai tegangan termolistrik atau disebut dengan seebeck voltage, yang ditemukan oleh Thomas J. Seebeck pada tahun 1821. Hubungan antara tegangan dan pengaruhnya terhadap suhu masing-masing titik pertemuan dua buah kawat adalah linear. Walaupun begitu, untuk perubahan yang

2

sangat kecil, tegangan pun akan terpengaruh secara linear, atau di rumuskan sebagai berikut: (National Instrument, Application Note 043). V = ST .............................................................................................................. (1) Dengan V adalah perubahan tegangan, S adalah koefisien Seebeck, dan T adalah perubahan suhu. Nilai S akan berubah dengan perubahan suhu, yang berdampak pada nilai keluaran berupa tegangan termokopel tersebut.

5.2

Jenis-jenis Termokopel Termokopel diberi tanda dengan huruf besar yang mengindikasikan

komposisinya berdasar pada aturan American National Standard Institute (ANSI), seperti dibawah ini: Type E : Chromel Constantan Type J : Iron Constatan Type K : Chromel Alumel Type T : Copper Constatan Type B : Platinum 6% Rhodium vs Platinum 30% Rhodium Type R : Platinum vs Platinum 13% Rhodium Type S : Platinum vs Platinum 6% Rhodium (Sumber : NBS Monograph 125 and Hoskins Manufacturing Company). Tabel 1. Sifat dari beberapa tipe termokopel pada 250C Tipe Material ( + dan -) Ni-Cr dan Cu-Ni Fe dan Cu-Ni Ni-Cr dan Ni-Al Cu dan Cu-Ni Pt dan Pt(87%)-Rh(13%) Pt dan Pt(90%)-Rh(10%) Pt(70%)-h(30%) dan Pt(94%)-Rh(6%) Sumber : www.wfunda.com/designstandards/sensors/thermocouples/thmeple_intro.cfm Temp.Kerja (0C) -270 ~ 1000 -210 ~ 1200 -270 ~ 1350 -270 ~ 400 -50 ~ 1750 -50 ~ 1750 -50 ~ 1750 Sensitivitas (V/0C) 60.9 51.7 40.6 40.6 6 6 6

E J K T R S B

3

5.3

Prinsip Kerja Termokopel Penting diingat bahwa termokopel mengukur perbedaan temperatur di antara 2

titik, bukan temperatur absolut[8]. Prinsip kerja termokopel ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar 1. Prinsip Kerja Termokopel[4]

Termokopel bekerja berdasarkan efek Seebeck, yang mengubah perbedaan antara suhu sambungan acuan dengan suhu sambungan ukur menjadi tegangan listrik. Hubungan antara harga tegangan yang terkoreksi V(t1,0),

harga tegangan sambungan

acuan V (ref,0) dan harga tegangan pada tabel standar kalibrasi V (t1, ref) adalah: V (t1,0) = V (t1, ref) + V (ref,0) ........................................................................................ (2) Agar dapat digunakan dalam pengukuran, hanya material-material khusus yang digunakan sebagai termokopel. Syarat-syarat yang diperlukan agar dapat digunakan sebagai sensor adalah: 1. Memiliki sensitifitas yang tinggi, dan memilki linearity yang baik. 2. Memiliki span pengukuran suhu yang lebar. 3. Memilki repeatability dan stabilitas yang tinggi, dan tidak berubah sifat karena waktu. 4. Deviasi mutunya kecil.

5.4

Penguat (Amplifier / Pengkondisi Sinyal)

Rangkaian pengkondisi sinyal berfungsi untuk mengolah sinyal dari transduser termokopel berupa tegangan yang cukup kecil menjadi tegangan yang lebih besar, sehingga output dari rangkaian ini dapat dibaca oleh rangkaian Analog Digital Converter (ADC).

4

Gambar 2. Rangkaian Pengkondisi Sinyal[1] Rangkaian signal conditioning terbagi dalam 3 blok fungsi: a) Low Pass Filter Termokopel yang terlalu panjang bisa menangkap sinyal liar layaknya sebuah antena, karena output dari termokopel merupakan sinyal berfrekuensi rendah, perlu dipasang sebuah filter untuk menghilangkan sinyal frekuensi tinggi yang tidak lain adalah noise. R4, R5, C1, dan C2 adalah komponen penyusun low pass filter yang memiliki frekuensi cut-off sekitar 3Hz. Diode zener D1 dan D3 digunakan untuk membatasi input yang masuk ke rangkaian. Resistor pull-up 1M berfungsi sebagai

pengaman pada saat termokopel putus / tidak terhubung, karena saat termokopel tidak terhubung input rangkaian signal conditioning menjadi besar sehingga pemanas tidak akan menyala bila alat ini digunakan sebagai pengendali suhu. b) Penguat tingkat I Penguat Tingkat I adalah rangkaian non-inverting OP-AMP menggunakan IC OP 07. Saya memilih penguat jenis non-inverting dengan pertimbangan penguat noninverting memiliki impedansi masukan yang sangat tinggi dan impedansi keluaran yang rendah, selain itu sinyal input dari termokopel sebanding dengan kenaikan suhu. Didalam rangkaian ini terdapat 2 buah potensiometer. R3 sebagai zero adjustment, berfungsi untuk mengatur besar kecilnya tegangan offset keluaran. Tegangan offset adalah tegangan yang timbul pada keluaran saat nilai inputannya nol. Tegangan ini digunakan untuk menentukan suhu terendah yang bisa dibaca alat ukur ini. R10 sebagai

5

gain adjustment, berfungsi untuk mengatur besar penguatan pada tingkat ini, dengan menganggap tegangan offset = 0V, besar penguatannya adalah seperti berikut: penguatan saat potensiometer posisi minimal:

penguatan saat potensiometer posisi maksimal:

c) Penguat tingkat II Penguat tingkat II juga menggunakan penguat non-inverting sama seperti menguat tingkat I. Op Amp yang digunakan adalah LF 353 Pada penguat ini nilai gain adalah tetap yaitu sebesar :

Selanjutnya bila rangkaian di analisis secara keseluruhan, rangkaian signal conditioning memiliki penguatan sebesar:

6

Penguatan saat potensiometer posisi minimal:

Penguatan saat potensiometer posisi maksimal:

Besarnya penguatan rangkaian signal conditioning adalah 210 279 kali. Sedangkan tegangan outputnya sebesar:

5.5

ADC (Analog to Digital Converter) Setelah rangkaian analog pengendali sinyal sensor telah selesai dirancang, maka

untuk menjadikan keluaran filter LPF dapat berkomunikasi dengan komputer melalui port serial RS232, sebelumnya data analog tersebut dikonversi ke data digital dengan menggunakan ADC, IC yang digunakan adalah IC ADC 0809 yang memiliki 8 input, walaupun yang digunakan hanya satu input. Rangkaian selengkapnya dapat dilihat pada Gambar 3.

Gambar 3. Rangkaian ADC

7

Konversi analog ke digital berlangsung pada saat pulsa Start menjadi rendah, mengosongkan pencacah. Bila pulsa Start kembali ke keadaan tinggi, maka telah siap beroperasi melakukan hitungan naik dari n