KOMPONEN SISTEM KONTROL

Thermal SensorLM35

Yoga Setiandito (0722097)Vikri Ahmad Fauzi (0722098)

Julius (0822001)

Jurusan Teknik ElektroFakultas Teknik

Universitas Kristen MaranathaBandung

2011

I Pendahuluan

Sensor termal berupa IC LM35 adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi untuk mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan. IC LM35 adalah sebagai sensor suhu yang terkemas dalam bentuk Integrated Circuit. Sensor ini mempunyai koefisien sebesar 10 mV/°C yang berarti bahwa setiap kenaikan suhu 1°C maka akan terjadi kenaikan tegangan sebesar 10 mV. LM35 tidak memerlukan pengkalibrasian atau penyetilan dari luar karena ketelitiannya sampai lebih kurang seperempat derajat celcius. Pada komponen ini mempunyai jangkauan (range) pengukuran suhu yang cukup besar, dari suhu –55°C sampai 150°C, serta tingkat ketelitian pengukuran cukup tinggi. Setiap perubahan suhu 1°C tegangan keluaran berubah sebesar 0,01 volt (10 mV). Komponen ini bekerja pada arus 450 mA sampai 5 mA serta mempunyai impedansi masukan kurang dari 1W.

A Pengertian Sensor Suhu

Sensor suhu adalah alat yang digunakan untuk merubah besaran panas menjadi besaran listrik yang dapat dengan mudah dianalisis besarnya. Ada beberapa metode yang digunakan untuk membuat sensor ini, salah satunya dengan cara menggunakan material yang berubah hambatanya terhadap arus listrik sesuai dengan suhunya.

- Menggunakan bahan logam\

Logam akan bertambah besar hambatanya terhadap arus listrik jika panasnya bertambah.Hal ini dapat dijelaskan dari sisi komponen penyusun logam. Logam dapat dikatakan sebagai muatan positif yang berada di dalam electron yang bergerak bebas. Jika suhu bertambah, electron electron tersebut akan bergetar dan getaranya akan semakin besar seiring dengan naiknya suhu. Dengan besarnya getaran tersebut, maka gerakan electron akan terhambat dan menyebabkan nilai hambatan dari logam tersebut bertambah.

- Menggunakan bahan semikonduktor

Bahan semikonduktor mempunyai sifat terbalik dari logam, semakin besar suhu, nilai hambatan akan semakin turun. Hal ini dikarenakan pada suhu yang semakin tinggi, electron dari semikonduktor akan berpindah ke tingkat yang paling atas dan dapat bergerak dengan bebas. Seiring dengan kenaikan suhu, semakin banyak electron dari semikonduktor tersebut yang bergerak bebas, sehingga nilai hambatan tersebut berkurang.

B Prinsip Kerja Sensor

LM35 mempunyai impedansi yang kurang dari 1 Ohm, beroperasi pada range arus sekitar 400 µA sampai dengan 5 mA, mempunyai error kurang dari 1 oC untuk range yang > 100OC, aplikasi sensor berkisar antaara –55 oC sampai + 150 oC, Dapat dikatakan bahwa LM35 memiliki output yang linear. Di dalam LM35 terdapat sebuah sambungan dengan sebuah pegangan untuk mengatur terminal untuk melakukan kalibrasi. Ketika T adalah sebuah temperatur yang tidak diketahui dan sementara To adalah temperatur referensi, dengan kalibrasi terhadap keluaran untuk membaca satu nilai temperatur dengan benar maka keluaran pada seluruh temperature akan bernilai benar. Berkenaan dengan pengaruh cahaya dan temperatur yang membuat elektron-elektron pada pita valensi akan melakukan pergerakan. Dalam dioda, elektron bergerak dari katoda ke anoda. Pergerakan ini menimbulkan perbedaan potensial dan menimbulkan arus listrik. Tegangan dan arus listrik inilah yang menjadi informasi pada sistem untuk melakukan analisis dengan menambahkan rangkaian op-amp untuk menguatkan sinyal dari sensor.

Gambar 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 :

VLM35 = Suhu* 10 mV/ oCSecara 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°C 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. Berikut ini adalah karakteristik dari sensor LM35.1. Memiliki sensitivitas suhu, dengan faktor skala linier antara tegangan dan suhu 10

mVolt/ºC, sehingga dapat dikalibrasi langsung dalam celcius.2. Memiliki ketepatan atau akurasi kalibrasi yaitu 0,5ºC pada suhu 25 ºC3. Memiliki jangkauan maksimal operasi suhu antara -55 ºC sampai +150 ºC.4. Bekerja pada tegangan 4 sampai 30 volt.5. Memiliki arus rendah yaitu kurang dari 60 µA.

6. Memiliki pemanasan sendiri yang rendah (low-heating) yaitu kurang dari 0,1 ºC pada udara diam.

7. Memiliki impedansi keluaran yang rendah yaitu 0,1 W untuk beban 1 mA.8. Memiliki ketidaklinieran hanya sekitar ± ¼ ºC.

C Jenis-Jenis LM35

A Berdasarkan Range Temperatur:

1 LM35, LM35A -55 °C s/d 150 °C

2 LM35C, LM35CA -40 °C s/d 110 °C

3 LM35D 0 °C s/d 100 °C

B Berdasarkan Bentuk Kemasan

1. TO-46

2. TO-92

3. TO-220

4. SO-48

D Rangkaian LM35

1. Basic Cenigrade Temperature Sensor- Dapat bekerja pada suhu +2oC s/d +150oC- Vs = 4V s/d 20V- Output 0mV + 10.0 mV/OC

2. Full-Range Centigrade Temperature Sensor- Membutuhkan sumber +Vs & -Vs- Vout : +1500mV pada suhu +150oC

+250mV pada suhu +25oC

-550mV pada -55oC

- R1 = - Vs/ 50uA

self-heating adalah efek pemanasan oleh komponen itu sendiri akibat adanya arus yang bekerja melewatinya. Untuk komponen sensor suhu, parameter ini harus dipertimbangkan dan diupakara atau di-handle dengan baik karena hal ini dapat menyebabkan kesalahan pengukuran. Seperti sensor suhu jenis RTD PT100 atau PT1000 misalnya, komponen ini tidak boleh dieksitasi oleh arus melebihi 1 miliampere, jika melebihi, maka sensor akan mengalami self-heating yang menyebabkan hasil pengukuran senantiasa lebih tinggi dibandingkan suhu yang sebenarnya.

II PENGUJIAN LM35-CZ

1. Gambar pengujian

2. DATA PENGAMATAN

A. Tabel pengukuran LM35-CZ

Temperatur Termocouple (OC) Vsensor LM35-CZ (mVolt)80 51775 49170 45165 42060 39555 36750 33545 31240 28335 26630 259

B. Grafik LM35-CZ

30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 800

100

200

300

400

500

600

700

LM35-CZ

°C

III. APLIKASI LM35-CZ

Rancang rangkaian signal conditioning untuk sensor LM35 yang akan dihubungkan dengan

ADC pada uC dengan range 25 s/d 100 °C, dengan tegangan output LM35 yang stabil walaupun sumber tegangannya naik turun.

A. Langkah – langkah perancangan

1) Daerah Kerja SensorDi inginkan mengukur Suhu dari 25 s/d 100 °Celcius, diketahui proporsional tegangan terhadap temperatur LM35 = 10mV/°C,Maka :

Suhu 25°C -> Vout = 10mV /°C 100°C = 250mV = 0.25 VSuhu 100°C -> Vout = 10mV /°C x 100°C = 1000mV = 1 V

2) Rangkaian Signal Conditioning

Karena perubahan tegangan keluarannya sangat kecil yaitu 10mV/oC maka agar lebih teliti pada pembacaan ADC maka harus dikuatkan menggunakan rangkaian op-amp non-inverting. Ic op-amp yang digunakan yaitu LM358 dengan catudayanya Vs dan GND. Karena Vs nya hanya menggunakan 5 V maka besar tegangan keluaram maksimumnya harus kurang dari 5V. Jika diambil tegangan keluaran maksimumnya 4V maka besar penguatannya adalah 4x. Sehingga jika penguatan tegangannya 4x maka tegangan keluarannya adalah 1V s/d 4V.

Av= Vout/Vin = 1 + (R2/R1)

Jika R1 = 2KΩ maka R2 = 6KΩ

Untuk mempermudah mengatur gain-nya maka R2 menggunakan potensio 10KΩ.

3) Rangkaian supaya output LM35 stabil walaupun sumbernya berubah-ubah

ADC merupakan rangkaian analog yang sangat rentan dengan noise sehingga dapat mengganggu nilai pengukurannya, noise dapat disebabkan oleh berbagai hal salah satunya tidak stabilnya tegangan sumber pada LM35, agar tidak menggangu kinerja ADC maka diperlukan rangkaian low pass filter dengan frequency cutoff 1KHz.

Dimana

Jika f=1KHz dan C=100nF maka R=1591.54 ~ 1k5Ω

Maka rangkaiannya menjadi:

B. Data Pengamatan

A. Tabel Pengamatan LM35-CZ dengan mikrokontroller

Temperatur Termocouple (OC)

Vsensor LM35-CZ (mVolt)

VuC

(Volt)TuC

(oC)

30 295 1.18 29.435 325 1.32 32.140 340 1.44 3645 381 1.62 39.950 438 1.76 43.855 452 1.89 47.660 487 2.05 51.165 516 2.17 54.370 546 2.28 5775 576 2.4 60.180 606 2.53 63.4

B. Grafik Pengamatan LM35-CZ dengan mikrokontroller

30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 800

10

20

30

40

50

60

70

mikro

°C

C. Grafik perbandingan LM35-CZ dengan Thermocouple

295 325 340 381 438 452 487 516 546 576 6060

10

20

30

40

50

60

70

80

90

ThermocoupleLM35-CZ

°C

mV

D. Sensitivitas LM35-CZ

Sensitivitas : Vsensor lm35−cz

T uC

Sensitivitas rata2 =10.068+10.125+9.444+9.549+10+9.49+9.53+9.503+9.579+9.584+9.558

11

= 9.675 mV/°C

E. Arus keluaran LM358

Arus yang terukur pada multimetr adalah 48.7 Ua

III KESIMPULAN

- Output keluaran LM35 langsung berupa tegangan dan nilainya cukup linier terhadap suhu.

- LM 35 memiliki sensitivitas ±10mV/°C dan ketidaklinieran ± 0.25 °C