Disain Sensor Temperatur

  • View
    268

  • Download
    14

Embed Size (px)

DESCRIPTION

sensor temperatur

Text of Disain Sensor Temperatur

DAFTAR ISI

DAFTAR ISIiDAFTAR GAMBARiiiDAFTAR TABELiiiBAB I PENDAHULUAN1A.Latar Belakang1B.Batasan Masalah1C.Rumusan masalah2D.Tujuan penelitian2BAB II TINJAUAN PUSTAKA3A.Thermistor3B.Jembatan Wheatstone5C.Diode Zener6D.Penguat Instrumentasi7E.Arduino Uno9F.Power supply13BAB III METODOLOGI PENELITIAN14A.ALAT DAN BAHAN14B.PROSEDUR PENELITIAN15a.Perancangan system15b.Pengkarakteristian Thermistor15c.Rangkaian Pengkondisi Sinyal16d.Pengisian Program Pada Mikrokontroler16e.Menggabungkan System17f.Pengambilan Data17BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN18A.Karakterisasi Thermistor18B.Rangkaian pengkondisi Sinyal19a.Rangkaian Jembatan Wheatstone19b.Penguat Instrumentasi21C.Pengisian Program pada Mikrokontroler22D.Penggabungan Sistem23E.Pengujian Sistem Secara Keseluruhan24BAB V PENUTUP27A.Kesimpulan27B.Saran27DAFTAR PUSTAKA28

DAFTAR GAMBARGambar 2.1. Thermistor Jenis NTC3Gambar 2.2. Rangkaian Jembatan Wheatstone5Gambar 2.3. Dioda Zener Dan Simbolnya Dalam Rangkaian6Gambar 2.4. Rangkaian Penguat Instrumentasi7Gambar 2.5. Konfigurasi Pin AD6208Gambar 2.6. Bentuk Fisik Arduino Uno9Gambar 2.7. Rangkaian Power Supply13Gambar 3.1. Bagan System Sensor Temperature Menggunakan Thermistor15Gambar 3.2. Rangkaian Pengkondisi Thermistor Menggunakan Jembatan Wheatstone16Gambar 4.1. Grafik Perbandingan Hasil Karakteristik Terhadap Data Sheet Thermistor19Gambar 4.2. Grafik Hubungan Antara Temperature Terhadap Vo Jembatan Wheatstone20Gambar 4.4. Skema Hubungan Antara Jembatan Wheatstone Dengan AD62022Gambar 4.5. Tampilan Program Yang Diisi Ke Mikrokontroler23Gambar 4.6. Rangkaian Sensor Secara Keseluruhan24Gambar 4.7. Grafik Hubungan Antara Temperature Dengan Vo IA Yang Terukur25

1

xxviii

28

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Struktur pengoperasian arduino uno10Tabel 3.1. Alat Dan Bahan Yang Digunakan14Tabel 4.1. Hasil Perbandingan Data Sheet Dan Karakteristik Thermistor.18Tabel 4.2. Perubahan Tegangan Keluaran Jembatan Wheatstone Terhadap Temperatur20Tabel 4.3. Tegangan Keluaran Dari Penguat Instrumentasi Terhadap Temperature.21Tabel 4.4. Hasil Pengukuran Sensor Pada Komputer24

BAB I PENDAHULUAN

A. Latar BelakangPengukuran temperature menjadi sangat penting untuk berbagai keperluan. Untuk memperloeh data temperature maka dapat digunakan thermometer atau sensor temperature. Penggunaan sensor temperature menjadi lebih efisien, baik dari segi keakuratan maupun pada pencatatan data. Sebuah sensor temperature dapat menggunakan berbagai jenis sensor untuk mendeteksi besaran temperature yang akan diukur. Salah satu sensor yang biasa digunakan adalah Thermistor.Thermistor merupakan salah satu jenis sensor temperature yang memanfaatkan perubahan hambatan terhadap temperature. Penggunaan thermistor sebagai sensor memiliki beberapa kelebihan, diantaranya adalah range temperature yang besar, time respon yang cepat, serta harganya yang terjangkau. Namun thermistor juga memiliki kelemahan pada perubahan hambatannyaterhadap temperature yang tidak linear sehingga keakuratannya pad pengukuran dengan range yang besar menjadi kurang akurat.Sebuah sensor temperature dapat dirancang sehingga dapat berkomunikasi dengan sebua persona computer (PC) ataupun laptop. Untuk dapat bekomunikasi dengan sebuah PC ataupun laptop sehingga hasil pengkuran sensor dapat langsung ditampilkan, maka daapt digunakan sebuah mikrokontroller. Salah satu mikrokontroler yang sudah tersusun dalam suatu system minimum dapat digunakan adalah Arduino. Dengan menggunakan Arduino maka pengolahan data dari data analog menajadi data digital menjadi lebih mudah. B. Batasan MasalahDalam penelitian ini masalah yang akan dibahas adalah sebagai berikut:1. Thermistor yang digunakan adalah jenis thermistor NTC.2. Range temperature yang diukur adalah 10 30 0C.3. Keakuratan dari sensor ditentukan oleh ADC internal dari Arduino.

C. Rumusan masalahBerdasarkan dari latar belakang yang telha dijelaskan, maka rumusan masalah pada penelitian ini adalah bagaimana mendisain suatu sensor temperature menggunakan thermistor dengan range 10 30 0C yang hasil pengukurannya dapat ditampilkan pada personal computer.

D. Tujuan penelitianTujuan dari penelitian ini adalah dapat mendisain suatu sensor temperature menggunakan thermistor dengan range pengukuran 10 30 0C yang hasil pengukurannya dapat ditampilkan pada personal computer.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

A. ThermistorNama termistor berasal dari Thermally Sensitive Resistor. Termistor biasanya termasuk material-material semikonduktor yang dibagi dua golongan:oksida logam dan semikonduktor kristal tunggal. Negative Temperature Coefficient (NTC) pertama kali ditemukan oleh Faraday pada perak sulfid pada tahun 1833. Pemahaman tentang termistor oksida ini mengalami perkembangan yang sangat pesat oleh becker, Vervey dkk pada akhir tahun 1940-an. Termistor kristal germanium dipelajari oleh Lark-Horovitz dkk pada tahun 1946, dan oleh estermann (meneliti Si), Hung dan Gliessman pada tahun 1950, Friedberg pada tahun 1951, dan kemudian Fritzsche dan Kunzler dkk. Silikon pada suhu rendah dipelajari oleh Morin, Maita dan Cralson pada tahun 1954-1955. Broom juga mempelajari termometer GaAs pada tahun 1958.

Gambar 2.1. Thermistor jenis NTC

Termistor atau thermal resistor 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 yang dibentuk dari bahan oksida logam campuran (sintering mixture), kromium, kobalt, tembaga, besi, atau nikel, berpengaruh terhadap karakteristik termistor, sehingga Pemilihan bahan oksida tersebut harus dengan perbandingan tertentu. Dimana 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 lingkunganyang 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. Ukurannya kecil dibandingkan dengan termometer lain, ukurannya dalam range 0.2mm sampai 2mm. Termistor dibedakan dalam 2 jenis, yaitu: NTC (Negative Temperature Coefisient) Termistor yang mempunyai koefisien negatif, yang disebut NTC (Negative Temperature Coefisient), Dimana bahannya terbuat dari logam oksida yaitu dari serbuk yang halus kemudian dikompress dan disinter pada temperatur yang tinggi. Kebanyakan pada material penyusun termistor biasa mengandung unsur - unsur seperti Mn2O3, NiO, CO2O3, Cu2O, Fe2O3, TiO2, dan U2O3. Oksida-oksida ini sebenarnya mempunyai resistansi yang sangat tinggi, tetapi dapat diubah menjadi bahan semikonduktor dengan menambahkan beberapa unsur lain yang mempunyai valensi yang berbeda disebut dengan doping dan pengaruh dari resistansinya dipengaruhi perubahan temperatur yang diberikan. Thermistor logam oksida digunakan dalam daerah 2000K sampai 7000K. Untuk digunakan pada temperatur yang sangat tinggi, thermistor dibuat dari Al2O3, BeO, MgO, Y2O3, dan Dy2O3.

PTC (Positive Temperature Coefisient)Temistor yang mempunyai koefisien positif yang disebut PTC (Positive Temperature Coefisient). Termistor PTC memiliki perbedaan dengan NTC antara lain : Koefisien temperatur dari thermistor PTC bernilai positif hanya dalam interfal temperatur tertentu, sehingga diluar interval tersebut akan bernilai nol atau negatif, Harga mutlak dan koefisien temperatur dari termistor PTC jauh lebih besar daripada termistor NTC. Kedua jenis termistor ini mempunyai fungsinya masing masing, tetapi di pasaran, yang lebih banyak digunakan adalah termistor NTC. Karena termistor NTC material penyusunnya yaitu metal oksida, dimana harganya lebih murah darimaterial penyusun PTC yaitu Kristal tunggal.B. Jembatan WheatstonePirnsip kerjan dari rangkaian jembatan wheatstone pertama kali di temukan oleh Samuel Hunter Cristie pada 1833. Konsep semacam ini kemudian di modifikasi dan langsung di populerkan oleh Sir Charles Wheatstone pada tahun 1843, yakni di beri nama dengan Rangkaian Jembatan Wheatstone. Rangkaian Jembatan Wheatstone adalah susunan dari komponen komponen elektronika yang berupa resistor dan catu daya. Jembatan wheatstone merupakan salah satu rangkaian jembatan yang pada umumnya di gunakan pada pengukuran presisi tahanan dengan nilai sekitar 1 ohm sampai dengan mega ohm. Rangkaian jembatan wheatstone di gunakan untuk menghitung resistansi yang tidak di ketahui dengan bantuan dari rangkaian jembatan. Untuk itu, dua kaki yang di gunakan dalam rangkaian di simpan seimbang dan satu kaki termasuk resistansi yang tidak di ketahui.

Gambar 2.2. Rangkaian Jembatan Wheatstone

Jembatan wheatstone juga dapat di gunakan untuk mengukur hambatan listrik. Hambatan sendiri merupakan hasil bagi antara tegangan dengan arus. Rangkaian jembatan wheatstone tidak memerlukan alat ukur seperti voltmeter dan amperemeter, cukup menggunakan satu galvanometer untuk melihat apakah ada arus listrik yang melalui suatu rangkaian. Prinsip kerja jembatan wheatstone sangat mirip dengan prinsip kerja dari potensiometer. Jembatan wheatstone dapat membantu dalam mencari jumlah lain dari seperti resisistansi, kapitansi dan juga induktansi. Jembatan ini terdiri dari 4 lengan resisif beserta sumber tegangan DC dan sebuah detektor nol yang biasanya menggunakan galvanometer atau pengukur arus lainnya yang sensitif.

C. Diode ZenerDalam suatu perancangan sensor temperature diperlukan suatu sumber tegang