modul_8_rev_1

5/12/2018 MODUL_8_Rev_1 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/modul8rev1 1/10

VIII.1

MODUL 8

PERCOBAAN TRANSDUSER TEMPERATUR DENGAN SENSOR

THERMOCOUPLE

I. TUJUAN

I.1 TujuanInstruksionalUmum

1) Mahasiswa mampu memahami r angkaian pengkondisi sinyal untuk sensor

temper atur IC thermocouple.

I.2 TujuanInstruksionalKhusus

1) Mahasiswa mampu menghitung komponen yang di per lukan untuk membuat

r angkaian pengkondisi sinyal untuk sensor temper atur IC thermocouple sesuai

dengan k ebutuhan.

2) Mahasiswa mampu mer angkai r angkaian pengkondisi sinyal untuk sensor


3) Mahasiswa mampu mengkali br asir angkaian pengkondisi sinyal untuk sensor


II. DASAR TEORI

Sebuah termoko pel ter dir i dar i sepasang kawat logam yang tidak sama dihubungkan

ber sama-sama pada satu ujung (ujung elemen atau ujun g panas) dan ber akhir pada ujung

lain (titik referensi atau ujungdingin) yang di per tahankan pada suatu temper atu konstan

yang dik etahui. Bila antar a ujung elemen dan titik referensi ter da pat perbedaan temper atur,

suatu ggl yang menyeba bkan arus di dalam r angkaian akan dihasilkan. Bila titik referensi

ditutup oleh sebuah alat uk ur atau instrument pencatat seper ti dalam gambar 1, penun jukkan

alat uk ur ter sebut akan sebanding dengan selisih temper atur antar a ujung panas dan titik

referensi. Efek termolistr ik yang diaki batkan, oleh potensial- potensial kontak pada titik-titik

sambung ini dik enal sebagai efek Seeback , menurut ahli f isika Jerman, Thomas Seeback .



VIII.2

Gambar 1. R angkaian dasar termoko pel

Besar nya ggl termal ber gantung pada bahan kawat yang digunakan dan pada selisih

temper atur antar a titik-titik sambung. Gambar 2 memper lihatkan ggl termal untuk beber a pa

bahan termoko pel yang ada di pasar an. Nilai-nilai tegangan padagambar 2 didasar kan pada

temper atur referensi sebesar 32oF atau sama dengan 0

oC.

Gambar 2. Tegangan termoko pel sebagai fungsi temper atur untuk

berbagai bahan termoko pel.

Untuk men jamin umur yang pan jang dalam lingk ungan o per asinya, termoko pel

dilindungi di dalam sebuah logam pelindung atau lo bang yang ujungnya terbuka atau

ter tutup. Guna mencegah pengotor an termoko pel bila yang digunakan adalah logam-logam

mulia (platina dan paduannya), ta bung pr oteksi dilembam secar a kimia dan dihampakan

dengan k etat. K arena termoko pel biasanya ber ada pada lokasi yang jauh dar i instrumen

pencatat, sambungan-sambungan di buat dengan menggunakan kawat-kawat perpan jangann



VIII.3

(extention wires) khusus yang disebut kawat-kawat kompensasi. Ketelitian penguk ur an

maksimal di jamin bila kawat kompensasi adalah bahan yang sama dengan termoko pel.

Penguk ur an temper atur yang paling seder hana dengan menggunakan sebuah termoko pel adalah menghubungkan langsung sebuah milivoltmeter sensitif k eujungdingin

(temper aturreferensi) yang di jagakonstan. Car a ini seder hana namun mempunyai

k ek ur angan, per tama per lunya temper atur referensi yang harus di jaga secar a konstan, yang

ber ar ti butuh media maupun teknik pengendalian temper atur referensi agar konstan. Kedua

ber ar ti def leksi alat pencatat hampir berbanding langsung dengan beda temper atur antar a

ujung panas dan titik referensi, padahal termoko pel hanya da pat menyalur kan daya yang

sangat terbatas untuk mengger akkan alat pencatat.

Metoda lain yang digunakan adalah pemakaian potensiometer dalam penguk ur an

temper ature menggunakan termoko pel. Secar a pr insi p r angkaian ini memanf aatkan

per geser an potensiometer aki bat var iasi temper atur pada ujung panas termoko pel. Kerugian

dar i sistem ini adalah memer lukan motor rever si bel untuk mengger akkan potensiometer dan

memer lukan sistem pengendalian otomatis (feed back contr ol system) yang tidak

seder hana. Secar a pr aktis penggunaan sistem k endali otomatik dengan sistem

elektr omekanik men jadi tidak ef isien lagi untuk diter a pkan pada penguk ur an temper atur

yang menggunakan elemen termoko pel.

Penguk ur an secar a pr aktis yang banyak di jumpai di dunia industr i adalah penggunaan

temper atur referensi secar a elektr onik , dimana untuk cold junction dikompensasi oleh

elemen temper atur seper ti termistor, maupun elemen IC. Bahkanuntuk cold junction

temperatur reference, elemen, dan penguat sudah dik emas dalam satu r angkaian ter integr asi

seper ti AD 594, AD595, dll. Hanya sa ja per soalannya IC-IC ter sebut masih susah di per oleh

di pasar an Indonesia.

Pada pr atik um ini dilak ukan penguk ur an temper ature dengan cold junction yang

diinder a oleh elemen termistor atau elemen IC yang banyak ter sedia di pasar an ,k emudian

sinyal di pr oses dengan pengkodisi sinyal. Gambar 3 memper lihatkan sk ema/diagr am pr oses

penguk ur an temper atur dengan kompensasi elektr onik (har dware).



VIII.4

Gambar 3. K onsep dasarpenguk ur an dengan kompensasi har dware

K onsep dasar r angkaian yang digunakan dalam penelitian ini da pat dilihat pada

gambar 4.

R3

R3

R4

R4

R2

R2

R1

R1

T ref

LM

335

Vs

V outU2

U1

-

+

+

-

A

BT

Gambar 4. R ancangan r angkaian termoko pel

Seper ti ditun jukkan pada gambar 4, untuk menguk ur temper ature referensi (cold

junction) digunakan sensor thermoko pel yang mempunyai kar akter istik yang linier dengan

sensitivitas 10 mV/oC. Sensor temper atur yang berbentuk seper ti IC (berbentuk seper ti

k emasan tr ansistor) ini mudah dida patkan di pasar an. Sensor thermoko pel ini mempunyai

range temper atur ber kisar antar a -4OoC sampai 100

oC, sehingga cuk up digunakan untuk

menguk ur temper ature referensi yang biasanya ber ada pada range temper atur normal untuk

suatu per alatan elektr onik .IC Thermoko pel ini selain mempunyai k elebihan juga mempunyai k elemahan yaitu

mempunyai res pons atau konstanta waktu yang relatif agak lama di bandingkan dengan

sensor / elemen termistor. K arena IC thermoko pel sebenar nya adalah suatu diode zener

yang peka temper atur maka da pat di pastikan bahwa setia p sensor thermoko pel ini hamper

selalu identik (linier dengan sensitivitas 10 mV/oC).



VIII.5

Sensor termistor mempunyai k elebihan pada res pons waktunya atau konstanta

waktunya yang cepat, namun sensor ini yang paling tidak linier di bandingkan dengan sensor

temper atur yang lain. Per lu penambahan r angkaian lagi untuk melinier kannya. Apalagi

ditambah dengan kondisi bahwa k etidaklinier an dar i termistor ter sebut untuk suatukomponen dengan suatu s pesif ikasi ter tentu yang sama (missal dengan tahanan yang sama)

adalah berbeda- beda.

Dengan mengingat bahwa kondisi dar i temper atur referensi (cold junction) adalah

temper atur normal ruangan per alatan yang memiliki gr adien temper atur yang relatif k ecil

dan perubahan / f luktuasi temper atur nya juga relative k ecil, maka k elemahan pada IC

thermoko pel men jadi da pat dia baikan. Apalagi jika dilengka pi dengan f an atau ki pas

pendingin, ataupun ruangan yang ada dilengka pi dengan sistem pengkondisian udar a yang

dik endalikan temper atur nya, maka k elemahan dar i IC thermoko pel ini semakin da pat diatasi.

Dar i gambar 3 ter lihat bahwa penguat sinyal yang digunakan adalah penguat

differensial (penguat selisih). Pilihan ini sangat cocok dengan mengingat bahwa tegangan

out put dar i suatu termoko pel sangat k ecil sekali dimana untuk termoko pel jenis K

mempunyai sensitivitas 40 QV/oC, maka hampir da pat di pastikan bahwa der au atau induksi

elektr omagnet yang muncul pada r angkaian bisa lebih besar dar i sinyal uk ur nya.

Bila digunakan penguat biasa seper ti penguat inver ting maupun penguat non-

inver ting, maka sinyal der au / tegangan yang ber asal dar i induksi elektr omagnet jala- jala

PLN atau per alatan listr ik yang ber ada di sekitar nya juga ik ut di per k uat, sehingga

penggunaan r angkaian ter sebut men jadi tidak cocok lagi. Dengan menggunakan penguat

differensial maka der au yang ber asal dar i luar ter sebut bisa dieliminir.

R angkaian differensial mempunyai CMRR (Common Mode Rejection R atio) yang

tinggi, sehingga penolakan der au juga akan semakin efektif. Dengan r angkaian seper ti itu

sudah di pandang cuk up untuk di pakai pada r angkaian tr ansduser termoko pel. Jika masih

ada der au yang muncul maka bisa digunakan f ilter aktif.

IC penguat yang digunakan juga da pat menyeba bkan per soalan a pa bila tidak di pilih

secar a tepat. Untuk kondisi seper ti r angkaian pada gambar 4, maka di pilih IC dar i jenis

FET yang banyak di pasar an seper ti TL 081, CA 3140, LF 351 dan lain sebagainya. IC biasa

seper ti IC 741 bisa di pakai namun k etelitian men jadi k ur ang dan cenderung menghasilkan

der au.

Pada pr atik uminidir ancang agar alat uk ur bisa menguk ur temper atur dar i 0o

C sampai

100oC dengan tegangan k eluar an dar i 0 V sampai 5 Volt. Untuk menghitung nilai-nilai



VIII.6

komponen seper ti pada gambar 4 agar sesuai dengan per ancangan maka data yang per lu

dik etahui adalah :

* Sensitivitas LM 335 sebesar 10 mV/oC.

* S

ensitivitas termoko pel sebesar 40 V/

o

C.* Tegangan termoko pel pada 100

oC sebesar 4,059 mV (referensi 0

oC).

Penguatan total yang di per lukan :

Gain total = (5 V/4,095 mV

= 1221 X

Untuk mengompensasi digunakan LM 335, sehingga korektor inimenghasilkan penguatan :

= (10 mV/oC)/.( 40 V/oC)

= 250 X

Nilai penguatan sebesar 250 kali ini di per oleh dengan membuat Op-Amp U1 yang

dikonf igur asikan dengan R 2 = 500 k (di buat dengan memasang resistor teta p 330 k dan

potensiometer 200 k ) dan R 1 = 2 k.

Sisa penguatan yang harus ditambahkan adalah :

= (1221/250)

= 4,88 X

Nilai penguatan ini di bentuk oleh Op-Amp U2 yang dir angkai dengan resistor R 3 = 10

k dan R 4 = 48.8 k (di buat dengan menggunakan potensiometer 50 k) .

Sehingga tegangan k elur an termoko pel :

Vout = 4.48 (250 VTC- VLM 33««««««««««.*)

III. ALAT& BAHAN

Thermoko pel (1 buah)

Thermometer gelas (1 buah)

Sumber daya sear ah (simetr is) (1 buah)

Multimeter digital (1 buah)

K it pr aktik um thermoko pel

Pemanas air + wadah (1 buah)

IV. PROSEDUR PERCOBAAN

A. 1. Buatlah r angkaian seper ti pada gambar 5



VIII.7

2. Lak ukan test agar r angkaian ter sebut da pat menghasilkan penguatan sebesar 250 kali.

Hal ini da pat dilak ukan dengan member ikan beda tegangan ter tentu pada kaki-kaki

in put dan mengatur besar nya potensio 500 k sehingga di per oleh penguatan yang

sesuai (250 kali).

Gambar5.Penguat selisih dengan penguatan 250 kali

B. 1. Buatlahr angkaianseper ti padagambar6

2. Dengan car a yang sama lak ukan pr osedur seper ti pada langkah A.2, namun untuk

penguatan sebesar 4,88 kali (potensiometer yang diatur adalah potensiometer 50 k).



VIII.8

Gambar6.Penguat selisih dengan penguatan 48,8kali

C. 1. Sambung kan k eluar an V2 dir angkaian gambar 5 dengan in putan V2 dir angkaian

gambar 6.

2. Sambungkan r angkaian k eluar an tr ansduser IC LM 335 yang sudah di buat pada

per co baan sebelumnya dengan in putan V1 dir angkaian gambar 6

3. Sambungkan k edua ujung ka bel thermoko pel ty pe K pada in putan dir angkaian

gambar 5.

4. Per hatikan bahwa ka bel (+) thermoko pel dihubungkan k e VT (+) dan ka bel (±)

thermoko pel dihubungkank e VT (-).

D. 1. Sia pkan wadah yang ber isi air es yang dilengka pi dengan pemanas air.

2. Masukkan sensor thermoko pel yang diuji k edalam wadah es.

3. Catat k eluar an tr ansduser

4. Catat pula temper ature di wadah dengan thermometer digital.

5. Panaskan es dengan car a menambah air k edalam wadah ter sebut pelan- pelan sampai

suhunya naik per lahan-lahan.

6. Catat perubahan suhu yang terjadi pada tr ansduser dengan mencatat pula

thermometer pembanding (thermometer digital).

7. Lak ukan hal ter sebut sampai temper atur air normal.



VIII.9

8. Panaskan air dan catat perubahan temper atur yang terjadi baik itu pada tr ansduser

yang sedang diuji maupun thermometer pembanding.

9. Lak ukan sampai air mendidih.

10. Ta belkan hasil per co baan sebagai ber ik ut:

No. Thermometer Digital Thermometer yang Diuji

1.

2.

3.

-

-

-

-

-

- -

10.

- oC

4 oC

8oC

-

-

-

-

-

- -

100oC

V. TUGAS & PERTANYAAN

1. Buatlah hubungan antar a temper ature air yang ditun jukkan oleh thermometer digital

(sebagai sumber x) dan temper atur air yang ditun jukkan oleh thermometer yang

sedang diuji (sebagai sumbu y).

2. Buatlah pendekatan gr af is secar a linier dengan metoda least square.

3. Apa k esimpulan saudar a!



VIII.10

modul_8_rev_1

Documents