Heater dengan ON-OFF Control

Nama : A. Labib Fardany Faisal NPM : 1106065445 Hari : Selasa Tanggal : 11 Maret 2014 Modul ke : 3 (Tiga)

Daftar Nilai Praktikum Nama Ko.PJ Assisten:

Laporan Pendahuluan La Ode Husein Z T, S.Si

Laporan Akhir Nama Assisten Lab:

Nilai Total Laporan Chery Chean Putri, S.Si

DATA PERCOBAAN

Kalibrasi

Tugas 1

Tugas 2

Tugas 3

Tugas 4

Tugas 5

24.95

25

25.05

25.1

25.15

25.2

25.25

25.3

478 480 482 484 486 488 490 492

Sample respon suhu

Amplitude - Setpoint Amplitude - Measured

ANALISIS

Kalibrasi

Kalibrasi adalah membuat pembacaan suhu sistem pada t=0 agar sama dengan suhu

set point. Dalam percobaan ini suhu set point diatur agar sama dengan suhu ruangan.

Kalibrasi dilakukan sebelum heater dihidupkan. Terlihat pada grafik kalibrasi bahwa sistem

pengkalibrasian menaikkan suhu sistem secara eksponensial sehingga mendekati suhu set

point. Di sini suhu sistem tidak persis sama dengan suhu set point karena pada control

parameter tertulis ∆Th = 0.25 oC yang berarti sistem memiliki toleransi keakuratan sebesar

0.25 oC. Setelah ditunggu selama 4 detik, suhu sistem sudah stabil = set point = 22,9oC.

Sistem kerja heater ON-OFF ini sendiri adalah jika sensor mendeteksi suhu yang lebih

rendah dari setpoint – 1

2∆Th maka heater akan hidup. Akibat heater hidup maka suhu

berangsur-angsur naik hingga melebihi set point. Jika suhu sudah melebihi setpoint + 1

2∆Th

maka heater akan mati dan suhu akan turun kembali. Begitulah seterusnya.

Tugas 1

Pada tugas 1, suhu Offset dari signal generator diubah-ubah antara 0.5 sampai 2 oC.

Dengan kata lain suhu set pointnya (Temperature reference) ditambah sebesar 0.5 oC sampai

2 oC. Pada scope terlihat suhu set point (yang berwarna biru) naik dan temperatur kendalinya

juga menyesuaikan. Pada grafik tegangan, terlihat grafik gelombang kotak yang

memperlihatkan ON-OFF-nya sistem. Pada saat V=5 volt (ON) gradient temperatur positif

yang berarti heater sedang ON sedangkan pada saat V=2,5 volt (OFF) gradient temperatur

negatif artinya heater sedang OFF. Pada tugas 1 ini semua gradient naik respon suhu saat

heater ON rata-rata sama, puncak dan lembah (dihitung dari set point) rata-rata juga sama dan

gradient turun respon suhu saat

heater OFF juga sama yang

membedakan hanyalah grafik2

naik-turun melewati set point yang

terus naik. Grafik di samping

adalah salah satu sampel respon

naik-turun dari suhu chamber.

Respon pada semua keadaan akan

seperti grafik tersebut karena ∆Th tetap dan tegangan heater saat on juga sama sebesar 5 V.

Ini berarti sistem kontrol cukup stabil.

Tugas 2

Pada tugas 2 yang diubah adalah amplitude dari tegangan. Pada tugas 1 tegangan ON

dibuat tetap 5 volt namun di tugas 2 tegangan ON dibuat berubah dari 5 V sampai 7,5 V.

Pada grafik terlihat bahwa “ripple” suhu semakin lama semakin kasar. Jika dilihat pada data

percobaan, ripple yang kasar tersebut dikarenakan tegangan relay yang dibuat semakin besar.

Tegangan relay yang besar membuat kinerja heater lebih besar sehingga suhu meningkat

lebih cepat akibatnya gradiennya lebih curam dan waktu heater untuk mencapai suhu setpoint

+ 1

2∆Th semakin cepat. Maka dari itu ripple terlihat semakin kasar dan waktu ON heater

semakin sebentar (lihat grafik tegangan pada data percobaan).

Tugas 3

Pada tugas 3 ini yang diubah adalah tegangan offset dari relay, artinya mengubah

tegangan OFF relay. Sebelumnya, tegangan ON relay adalah 5 V dan tegangan OFF relay 2,5

V. Pada tugas kali ini tegangan OFF relay diubah hingga menjadi 5 V. Pada grafik terlihat

bahwa grarien turun dari ripple suhu semakin lama semakin landai dan gradien naik semakin

lama semakin curam. Gradien turun menggambarkan respon suhu pada saat heater OFF.

Gradien ini semakin lama semakin landai karena semakin lama suhu heater pada saat OFF

bukanlah 2,5 volt akan tetapi diset semakin tinggi. Pada akhirnya mulai detik ke 150 ke atas,

tegangan OFF heater mencapai 5 Volt sehingga membuat suhu heater tidak pernah turun lagi

melainkan terus naik meskipun keadaan heater adalah OFF.

Lain halnya dengan gradient naik yang semakin curam. Gradien naik terjadi di saat heater

sedangng ON pada saat tegangan ON masih 5 volt, gradient naik masih terlihat sama dengan

eksperimen sebelumnya, namun semakin tegangan offset diperbesar, maka tegangan ON juga

menjadi lebih besar akibatnya gradient naik semakin curam. Pada akhirnya gradient curam

maksimum tercapai pada detik ke 120 dan pada saatn itu tegangan ONnya adalah 7 volt

berarti tegangan offset saat itu adalah 4,5 volt. (lihat data percobaan).

Tugas 4

Pada tugas 4 ini yang diubah adalah ∆Th yang merupakan rentang suhu toleransi atau

juga disebut suhu histerisis. Pada range suhu ini heater bisa dibiarkan ON atau OFF. Heater

akan ON pada saat suhu cahamber mencapai sedikit dibawah setpoint − 1

2∆Th dan akan terus

ON hingga mencapai setpoint + 1

2∆Th. Jika sudah lebih dari itu, maka heater OFF sehingga

suhu turun lagi sampai suhu setpoint − 1

2∆Th. Karena ∆Th diubah-ubah maka lebar grafik

ripple akan berubah namun tidak merubah gradiennya karena yang merubah gradient

hanyalah tegangan relaynya. Pada awalnya kami buat ∆Th sebesar 0.01 oC sehingga sistem

berosilasi dengan sangat cepat karena suhu histerisisnya sangat kecil. Semakin lama osilasi

semakin lambat karena kami mengubah lebar histerisisnya menjadi 1 oC. Sangat jelas bahwa

jika histerisis yang besar membuat heater lebih lama untuk mencapai suhu yang diinginkan.

Tugas 5

Pada akhirnya dapat dibuat model heater ON off ini. Pemodelannya dapat dilihat dari

grafik jika diambil. Pada data percobaan terlihat grafik naik turun yang relative sama. Kita

cukup mengambil 1 sampel grafik naik turun dan mencari persamaan modelnya. Dibawah ini

adalah respon suhu pada saat heater ON dari detik ke 125 sampai 129.

Sementara itu respon suhu saat heater OFF pada tedik ke 129 sampai 135 adalah

Heater ON Model

Parameter Simbol Nilai Unit

Temperature Change ∆Tc 0,50 degC

Heater voltage change ∆Vh 8 V

Ramp time ∆t 3,193 s

Ramp Slope Kv 0,1566 degC/V.s

Heater OFF Model

Parameter Simbol Nilai Unit

Temperature Change ∆Tc -0,50 degC

Heater voltage change ∆Vh -8 V

Ramp time ∆t 5,587 s

Ramp Slope Kv -0.0895 degC/V.s

KESIMPULAN

1. Heater akan ON pada saat suhu cahamber mencapai sedikit dibawah setpoint − 1

2∆Th

dan akan terus ON hingga mencapai setpoint + 1

2∆Th. Jika sudah lebih dari itu, maka

heater OFF sehingga suhu turun lagi sampai suhu setpoint − 1

2∆Th.

2. Ripple kendali temperatur dipengaruhi oleh tegangan heater dan histerisis.

3. Semakin besar tegangan ON heater maka gradient naik semakin curam. Semakin

besar tegangan OFF heater maka gradient turun semakin landai.

4. Semakin besar suhu histerisis maka ripple suhu semakin besar.

5. Untuk menstabilkan sistem kendali ON OFF sebaiknya dibuat suhu histerisis yang

sangat kecil dengan tegangan heater yang tidak terlalu besar. Hal ini akan

mempercepat kestabilan dan mengurangi ripple.