MakalahSistem Instrumentasi “Sensor IC LM 35”

Kelompok 5Mochamad Saadi Nurdin 2212 030 005Muhammad Irfan Bahrudin 2212 030 055Try Atma Wahyu Hidayah 2212 030 085

Bidang Studi Komputer KontrolProgram Studi D3 Teknik Elektro

Jurusan Teknik ElektroFakultas Teknologi Industri

Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya2014

BAB 1Pendahuluan

1.1 Sensor IC LM 351.1.1 Pengertian IC LM 35

Sensor suhu LM35 adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi untuk mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan. Sensor Suhu LM35 yang dipakai dalam penelitian ini berupa komponen elektronika elektronika yang diproduksi oleh National Semiconductor. LM35 memiliki keakuratan tinggi dan kemudahan perancangan jika dibandingkan dengan sensor suhu yang lain, LM35 juga mempunyai keluaran impedansi yang rendah dan linieritas yang tinggi sehingga dapat dengan mudah dihubungkan dengan rangkaian kendali khusus serta tidak memerlukan penyetelan lanjutan.Meskipun tegangan sensor 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 .

1.1.2 Struktur IC LM 35Bentuk fisik sensor suhu LM 35 merupakan chip IC dengan kemasan yang berfariasi dan memiliki 3 kaki pin.

Gambar 1. Bentuk IC LM 35Gambar diatas menunjukan bentuk dari LM35 tampak depan dan tampak bawah. 3 pin LM35 menujukan

fungsi masing-masing pin diantaranya, pin 1 berfungsi sebagai sumber tegangan kerja dari LM35, pin 2 atau tengah digunakan sebagai tegangan keluaran atau Vout dengan jangkauan kerja dari 0 Volt sampai dengan 1,5 Volt dengan tegangan operasi sensor LM35 yang dapat digunakan antar 4 Volt sampai 30 Volt. Keluaran sensor ini akan naik sebesar 10 mV setiap derajad celcius sehingga diperoleh persamaan sebagai berikut :

1.1.3 Karakteristik IC LM 35IC LM 35 memiliki karakteristik sebagai berikut :

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 0,5ºC pada suhu 25 ºC seperti terlihat pada gambar 2.2.

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.

VLM35 = Suhu* 10 mV

Memiliki impedansi keluaran yang rendah yaitu 0,1 W untuk beban 1 mA. Memiliki ketidaklinieran hanya sekitar ± ¼ ºC.

1.1.4 Prinsip Kerja IC LM 35Secara prinsip sensor akan melakukan penginderaan pada saat perubahan suhu setiap suhu 1 ºC akan

menunjukan tegangan sebesar 10 mV. Pada penempatannya LM35 dapat ditempelkan dengan perekat atau dapat pula disemen pada permukaan akan tetapi suhunya akan sedikit berkurang sekitar 0,01 ºC karena terserap pada suhu permukaan tersebut. Dengan cara seperti ini diharapkan selisih antara suhu udara dan suhu permukaan dapat dideteksi oleh sensor LM35 sama dengan suhu disekitarnya, jika suhu udara disekitarnya jauh lebih tinggi atau jauh lebih rendah dari suhu permukaan, maka LM35 berada pada suhu permukaan dan suhu udara disekitarnya .

Jarak yang jauh diperlukan penghubung yang tidak terpengaruh oleh interferensi dari luar, dengan demikian digunakan kabel selubung yang ditanahkan sehingga dapat bertindak sebagai suatu antenna penerima dan simpangan didalamnya, juga dapat bertindak sebagai perata arus yang mengkoreksi pada kasus yang sedemikian, dengan mengunakan metode bypass kapasitor dari Vin untuk ditanahkan.

Maka dapat disimpulkan prinsip kerja sensor LM35 sebagai berikut:• Suhu lingkungan di deteksi menggunakan bagian IC yang peka terhadap suhu • Suhu lingkungan ini diubah menjadi tegangan listrik oleh rangkaian di dalam IC, dimana perubahan

suhu berbanding lurus dengan perubahan tegangan output.• Pada seri LM35

Vout=10 mV/oC Tiap perubahan 1oC akan menghasilkan perubahan tegangan output sebesar 10mV.

1.1.5 Kelebihan dan Kekurangan IC LM 35• Kelebihan:

a. Rentang suhu yang jauh, antara -55 sampai +150 oC b. Low self-heating, sebesar 0.08 oC c. Beroperasi pada tegangan 4 sampai 30 V d. Rangkaian tidak rumit e. Tidak memerlukan pengkondisian sinyal

• Kekurangan:Membutuhkan sumber tegangan untuk beroperasi

1.2 IC OP-AMP LM3581.2.1 Pengertian IC OP-AMP LM358

LM 358 merupakan rangkaian terintegrasi yang memiliki dua penguat operasional. Terdiri dari 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.

Gambar 2. Bentuk LM358

1.2.2 Spesifikasi IC OP-AMP LM358IC OP-AMP LM358 ini memiliki spesifikasi sebagai berikut :1) Frekuensi internal yang dapat di ubah untuk penguatanya.2) Penguatan tegangan yang besar (100dB).3) Memiliki besar range tegangan antara 3V-32V.4) Arus bias input rendah (20nA).5) Arus offset input rendah (2nA).6) Tegangan offset input rendah (2mV).

7) Tegangan output besar, berkisar 0 sampai (Vcc-1,5V).

BAB 2Data Percobaan dan Analisa Data

2.1 Pengambilan data sensor ic lm 35

pengambilan data

nosuhu

(Celcius)output

miliVolt)sampling time

(second)1 28,630 286,280 12 29,150 291,480 23 29,150 291,480 34 29,150 291,480 45 29,670 296,690 56 30,190 301,890 67 30,710 307,100 78 31,750 317,510 89 32,270 322,710 9

10 32,270 322,710 1011 33,310 333,130 1112 33,310 333,130 1213 33,830 338,330 1314 34,350 343,540 14

15 34,870 348,740 1516 35,390 353,950 1617 35,920 359,150 1718 35,920 359,150 1819 36,440 364,360 1920 36,960 369,560 2021 37,480 374,770 2122 37,480 374,770 2223 38,000 379,970 2324 38,520 385,180 2425 38,520 385,180 2526 38,520 385,180 2627 39,040 390,380 2728 39,040 390,380 2829 39,560 395,590 2930 39,560 395,590 3031 40,080 400,790 3132 40,600 406,000 3233 40,080 400,790 3334 40,600 400,790 3435 41,120 406,000 3536 41,120 411,200 3637 41,120 411,200 3738 41,120 411,200 3839 41,640 411,200 3940 41,640 416,410 4041 41,640 416,410 4142 42,160 416,410 4243 42,680 421,610 4344 43,720 426,820 4445 44,240 437,230 4546 45,280 442,430 4647 46,330 452,840 4748 46,850 463,250 4849 48,410 468,460 4950 49,450 484,070 5051 50,490 494,480 5152 51,010 504,890 5253 52,050 510,100 5354 52,570 520,510 5455 53,610 525,710 5556 54,650 536,120 5657 54,650 546,530 57

58 55,690 546,530 5859 57,260 556,940 5960 58,820 572,560 6061 59,860 588,170 6162 61,420 598,580 6263 62,460 614,200 6364 62,980 624,610 6465 64,020 629,810 6566 65,060 640,220 6667 65,580 650,630 6768 67,670 655,840 6869 70,790 676,660 6970 74,430 707,890 7071 77,040 744,330 7172 79,120 770,350 7273 80,160 791,170 7374 81,200 801,580 7475 82,240 811,990 7576 82,760 822,400 7677 83,280 827,610 7778 84,840 832,810 7879 85,880 848,430 7980 86,920 858,840 8081 88,490 869,250 8182 90,050 884,860 8283 91,610 900,480 8384 92,650 916,090 8485 93,690 926,500 8586 94,730 936,910 8687 95,770 947,320 8788 96,810 957,730 8889 97,860 968,140 8990 98,380 978,550 9091 98,900 983,760 9192 99,420 988,960 9293 100,460 994,170 9394 100,980 1004,580 9495 102,020 1009,790 9596 102,540 1020,200 9697 102,540 1025,400 9798 103,060 1025,400 9899 103,580 1030,610 9910 104,100 1035,810 100

0101 104,100 1041,020 101

102 104,100 1041,020 102

103 104,620 1041,020 103

104 104,620 1046,220 104

105 104,620 1046,220 105

106 104,620 1046,220 106

107 104,620 1046,220 107

108 104,620 1046,220 108

109 104,620 1046,220 109

110 104,620 1046,220 110

111 104,620 1046,220 111

112 104,620 1046,220 112

113 104,620 1046,220 113

114 104,100 1046,220 114

115 104,620 1041,020 115

116 104,620 1046,220 116

117 105,660 1046,220 117

118 108,790 1056,630 118

119 111,390 1087,860 119

120 113,470 1113,890 120

121 115,550 1134,710 121

122 117,110 1155,530 122

12 118,680 1171,140 123

3124 119,720 1186,760 124

125 120,760 1197,170 125

126 120,760 1207,580 126

127 120,760 1207,580 127

128 121,280 1207,580 128

129 121,280 1212,780 129

130 121,800 1212,780 130

131 122,320 1217,990 131

132 122,840 1223,190 132

133 123,360 1228,400 133

134 123,360 1233,600 134

135 124,400 1233,600 135

136 124,920 1244,010 136

137 125,960 1249,220 137

138 126,480 1259,630 138

139 127,000 1264,830 139

140 128,040 1270,040 140

141 128,570 1280,450 141

142 129,090 1285,650 142

143 130,130 1290,860 143

144 130,130 1301,270 144

145 131,170 1301,270 145

14 131,690 1311,680 146

6147 132,210 1316,880 147

148 132,730 1322,090 148

149 133,250 1327,290 149

150 133,250 1332,500 150

151 133,250 1332,500 151

152 133,770 1332,500 152

153 133,250 1337,710 153

154 133,250 1332,500 154

155 133,250 1332,500 155

156 132,730 1332,500 156

157 132,730 1327,290 157

158 132,210 1327,290 158

159 132,210 1322,090 159

160 131,690 1322,090 160

161 132,210 1316,880 161

162 132,730 1322,090 162

163 133,250 1327,290 163

164 133,770 1332,500 164

165 134,290 1337,710 165

166 134,810 1342,910 166

167 134,810 1348,120 167

168 135,330 1348,120 168

16 135,850 1353,320 169

9170 135,850 1358,530 170

171 135,850 1358,530 171

172 135,850 1358,530 172

173 135,850 1358,530 173

174 136,890 1358,530 174

175 137,930 1368,940 175

176 138,460 1379,350 176

177 138,980 1384,550 177

178 138,980 1389,760 178

179 139,500 1389,760 179

180 139,500 1394,960 180

181 139,500 1394,960 181

182 137,930 1394,960 182

183 135,850 1379,350 183

184 134,810 1358,530 184

185 133,770 1348,120 185

186 133,250 1337,710 186

187 133,250 1332,500 187

188 132,730 1332,500 188

189 132,730 1327,290 189

190 132,210 1327,290 190

191 132,210 1322,090 191

19 130,130 1322,090 192

2193 130,650 1301,270 193

194 131,690 1306,470 194

195 132,210 1316,880 195

196 132,730 1322,090 196

197 132,730 1327,290 197

198 132,730 1327,290 198

199 132,730 1327,290 199

200 132,730 1327,290 200

201 132,730 1327,290 201

202 132,210 1327,290 202

203 132,210 1322,090 203

204 132,210 1322,090 204

205 132,210 1322,090 205

206 132,210 1322,090 206

207 132,730 1322,090 207

208 130,130 1327,290 208

209 124,400 1301,270 209

210 118,680 1244,010 210

211 113,470 1186,760 211

212 109,310 1134,710 212

213 105,660 1093,070 213

214 102,540 1056,630 214

21 98,900 1025,400 215

5216 95,250 988,960 216

217 92,130 952,530 217

218 89,010 921,300 218

219 86,400 890,070 219

Tabel 1. Pengambilan data sensor LM 35

2.2 Karakteristik statis sensor ic lm352.2.1 Span

Span = Suhu maksimal – Suhu minimal¿139,5−28,630❑

¿110,87

2.2.2 Sensitivitas

Sensitivitas = Δ yΔ x

¿ 206069,02020653,250

¿9,9775

2.2.3 Threshold

threshold=(Omax+Omin)

2x10

¿(1394,96+286,28)

2x 10

¿8406,2 mV

2.2.4 ResolusiFull scale = 139,5- Resolusi pada suhu 30,190oC

Resolusi ¿( 30,190139,5 )x 100 %=21,64 %

- Resolusi pada suhu 28,630oC

Resolusi ¿( 28,630139,5 )x 100 %=20,52 %

- Resolusi pada suhu 29,150oC

Resolusi ¿( 29,150139,5 )x 100 %=20,89 %

Hasil resolusi = 21,64 + 20,52 + 20,89 = 63,05 : 3 = 21,01 %

2.2.5 Akurasi- Pada suhu 38oC, tegangan yang dihasilkan sensor lm35 adalah 379,970 mV10mV/1oC 38oC = 380 mV

Akurasi ¿( 380−379,970380 ) x100 %=0,007 %

- Pada suhu 39,040oC, tegangan yang dihasilkan sensor lm35 adalah 390,380 mV10mV/1oC 39,040oC = 390,400 mV

Akurasi ¿( 390,400−390,380390,400 ) x100 %=0,005 %

- Pada suhu 45,280oC, tegangan yang dihasilkan sensor lm35 adalah 442,430 mV10mV/1oC 45,280oC = 452,800 mV

Akurasi ¿( 452,800−442,430452,800 ) x100 %=2,29 %

- Pada suhu 52,570oC, tegangan yang dihasilkan sensor lm35 adalah 525,510 mV10mV/1oC 52,570oC = 525,700 mV

Akurasi ¿( 525,700−525,510525,700 ) x100 %=0,03 %

- Pada suhu 81,200oC, tegangan yang dihasilkan sensor lm35 adalah 801,580 mV10mV/1oC 81,200oC = 812 mV

Akurasi ¿( 812−801,200812 ) x100 %=1,28 %

- Pada suhu 85,880oC, tegangan yang dihasilkan sensor lm35 adalah 848,430 mV10mV/1oC 85,880oC = 858,800 mV

Akurasi ¿( 858,800−848,430858,800 )x 100 %=1,20 %

- Pada suhu 91,610oC, tegangan yang dihasilkan sensor lm35 adalah 900,480 mV10mV/1oC 91,610oC = 916,100 mV

Akurasi ¿( 916,100−900,480916,100 )x 100 %=1,70 %

- Pada suhu 95,770oC, tegangan yang dihasilkan sensor lm35 adalah 947,320 mV10mV/1oC 95,770oC = 957,700 mV

Akurasi ¿( 957,700−947,320957,700 )x 100 %=1,08 %

- Pada suhu 98,900oC, tegangan yang dihasilkan sensor lm35 adalah 983,760 mV10mV/1oC 98,900oC = 989 mV

Akurasi ¿( 989−983,760989 )x 100 %=0,52 %

- Pada suhu 99,420oC, tegangan yang dihasilkan sensor lm35 adalah 988,960 mV10mV/1oC 99,420oC = 994,2mV

Akurasi ¿( 994,2−988,960994,2 ) x100 %=0,52%

Hasil akurasi sensor = 0,007 + 0,005 + 2,29 + 0,03 + 1,28 + 1,20 + 1,70 + 1,08 + 0,52 + 0,52 = 8,632 : 10 = 0,8632 %

2.2.6 Presisi

P= S xX

; dimana S x= S

√n ; dan

S=√ y2−( y )2

nn−1

S=√ y2−( y )2

nn−1

¿√ 225523547−(206069.020)2

219219−1

¿√ 225523547−42464441003.7604219

218

¿√ 225523547−193901557.0947218

¿√145054.9995

¿380.86

S x=380.86

√219

¿ 380.8614.798

¿25.737

P= S xX

¿ 25.737941.188

¿0.0273

2.2.7 Linearitas

Range suhu : 28.63 - 139.5

Range tegangan : 286.280 mV – 1394.960 mV

Dimana persamaan linearitas : V = Mt + V0 ; maka

286.280 mV = 28.63 m + V0

1394.96 mV = 139.5 m + V0

-1108.68 mV = -110.87 m

m℃=1108.68110.87

mV

m = 9.9998 mV℃

maka persamaan linearitas menjadi :

286.28 mV = 28.63 x 9.9998 + V0

286.28 mV = 286.294274 + V0

Didapatkan nilai V0

286.28 mV = 286.294274 + V0

V0 = 286.28 - 286.294274

V0 = - 0.0143

Maka persamaan linearitasnya adalah :

V = (9.9998 mV℃

¿ T - 0.0143

2.2.8 Histerisis

Histerisis merupakan salah satu jenis pengukuran karakteristik statik sistematik yang menunjukkan perbedaan antara lau output (“O”) pembacaan saat menggunakan nilai input naik (dari rendah ke tinggi) atau sering disebut dengan increase, dengan nilai output pembacaan saat mengunakan nilai inout turun (dari tinggi ke rendah) atau sering disebut dengan decrease. Histerisis biasanya dinyatakan sebagai histerisis maksimum dalam bentuk prosentase skala

penuh, yaitu : H=Oincrease−OdecreaseOmax−Omin

x 100 %

yang dihasilkan pada karakteristik statik histerisis miliki nilai kelengkungan yang berbeda antara nilai output increase dengan nilai output decrease.

H=Oincrease−OdecreaseOmax−Omin

x 100 %

H (139.5℃)=1394.96−1394.961394.96−1046.22

x 100 %

¿ 0348.74

x 100 %

¿0 %

H (137.93℃)=1368.94−1349.961394.96−1046.22

x 100 %

¿ 18.98348.74

x 100 %

¿0.054 x 100 %

¿5.4 %

H (135.85℃)=1358.53−1379.751394.96−1046.22

x100 %

¿ −21.22348.74

x100 %

¿−0.060 x100 %

¿−6%

H (134.81℃)=1348.12−1358.531394.96−1046.22

x100 %

¿ −10.41348.74

x100 %

¿−0.029 x100 %

¿−2.9 %

H (133.77℃)= 1332.5−1348.121394.96−1046.22

x100 %

¿ −15.62348.74

x100 %

¿−0.044 x100 %

¿−4.4 %

H (133.25℃)= 1327.29−1332.51394.96−1046.22

x100 %

¿ −5.21348.74

x 100 %

¿−0.014 x100 %

¿−1.4 %

H (132.73℃)= 1322.09−1332.51394.96−1046.22

x100 %

¿ −10.41348.74

x100 %

¿−0.029 x100 %

¿−2.9 %

H (132.21℃)=1322.09−1327.291394.96−1046.22

x100 %

¿ −5.2348.74

x 100 %

¿−0.014 x100 %

¿−1.4 %

H (130.13℃)=1301.27−1301.271394.96−1046.22

x 100 %

¿ 0348.74

x 100 %

¿0 %

H (124.4℃)= 1233.6−1322.091394.96−1046.22

x 100 %

¿ −88.49348.74

x 100 %

¿−0.253 x100 %

¿−25.3 %

H (118.68℃)=1171.14−1244.011394.96−1046.22

x 100 %

¿ −72.87348.74

x 100 %

¿−0.208 x100 %

¿−20.8%

H (105.66℃)=1046.22−1093.071394.96−1046.22

x100 %

¿ −46.85348.74

x 100 %

¿−0.134 x100 %

¿−13.4%

2.3 Karakteristik Dinamis Sensor LM35Transformasi Laplace yang didapat dari Matlab

0.08882S+1.888

Persamaan Orde Satu

KτS+1

¿ 0.08882S+1.888

¿

0.088821.888

11.888

S+1.8881.888

¿ 0.0470.529 S+1

Maka, nilai K = 0.047 dan nilai τ = 0.529

Nilai rise time

tr(10% - 90%) = τ ln 9

= 0.529 ln 9

= 1.1623

tr(5% - 95%) = τ ln 19

= 0.529 ln 19

= 1.557

Nilai delay time

td = τ ln 2

= 0.529 ln 2

= 0.3666

Nilai settling time

ts5% = 3τ

= 3 x 0.529

= 1.587

ts2% = 4τ

= 4 x 0.529

= 2.116

ts0.5% = 5τ

= 5 x 0.529

= 2.645

%Ess = (1 – K) x 100%

= (1 – 0.047) x 100%

= 0.953 x 100%

= 95.3%

BAB 3Pembuatan Rangkaian Pengondisi Sinyal

Permasalahan : Sebuah sensor LM35 berbasis arduino digunakan untuk mendeteksi suhu pada gudang penyimpan tepung gandum dengan range suhu antara 10-100 oC ( output sensor 0-1 Volt) yang kemudian dimonitoring menggunakan Pc namun kontroller tidak bisa membaca nilai output sensor dibawah 110 miliVolt . Buatlah rangkaian pengondisinyal dengan tegangan output dalam kisaran 1-5 Volt .dengan impedansi masukan yang tinggi. Alat dan bahan:

a. Sensor Lm35.b. IC Op-amp lm358.

c. Catu daya DC (battery 9 Volt).d. Multimeter digital.e. Osiloskop.f. Resistor 1k.g. Tesistor variable 10k.h. Kabel jumper secukupnya.i. Pinhead.j. PCB dotk. Timah.l. Solder.

Langkah-langkah :1. Analisa permasalahan.

Pada permasalahan diatas suhu antar 10-100 oC sehingga outputan pada sensor sebelum dikuatkan

Nilai min : 10 oC *10 mVolt = 100mVoltNilai max : 100 oC* 10mVolt = 1000mVolt= 1Volt.

2. Membuat rangkaian pengondisi sinyal berdasarkan permasalahan yang ada. Ditunjukkan pada gambar

Gambar Non inverting OP-AMP (sumber: yano.wasteonline.net/electronics/opamp/index.php)

3. Analisa rangkaian dan perhitungan

Vout=(1+ RfRg )Vin……………………………………………………………. i

Diketahui :Vout =5 Volt. Vin =1 Volt.

Rg = 1k ohm (variable tetap)Sesuai dengan persamaan i maka didapat:

Vout =(1+ RfRg )Vin

5 =(1+ Rf1 k )1

4 = Rf1 k

Rf = 4k..Jadi didapatkan harga Rreferensi (Rf)= 4k ohm

4. Simulasikan mengunakan proteus apakah analisa dan perhitunggan sesuai dengan yang diinginkan. Ditunjukkan pada gambar

Gambar. Simulasi menggunakan proteus

5. Buat rangkian pada PCB dot.

BAB 4 Penutup

4.1 Kesimpulan