tf-2106 laboratorium teknik fisika...

24
MODUL PRAKTIKUM TF-2106 LABORATORIUM TEKNIK FISIKA I Tugas Besar: Sistem Kontrol ON-OFF Oleh: Dr. Ir. Eko Mursito Budi, MT PROGRAM STUDI TEKNIK FISIKA INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2019

Upload: others

Post on 29-Oct-2020

15 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: TF-2106 LABORATORIUM TEKNIK FISIKA Ikuliah.itera.ac.id/pluginfile.php/86861/mod_resource/content/1/TF2106... · Sensor LM35 10 Aktuator 10 DESAIN DAN IMPLEMENTASI 10 KALIBRASI 12

MODUL PRAKTIKUM

TF-2106 LABORATORIUM TEKNIK FISIKA I

Tugas Besar: Sistem Kontrol ON-OFF

Oleh: Dr. Ir. Eko Mursito Budi, MT

PROGRAM STUDI TEKNIK FISIKA INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

2019

Page 2: TF-2106 LABORATORIUM TEKNIK FISIKA Ikuliah.itera.ac.id/pluginfile.php/86861/mod_resource/content/1/TF2106... · Sensor LM35 10 Aktuator 10 DESAIN DAN IMPLEMENTASI 10 KALIBRASI 12

DAFTAR ISI

PEDOMAN UMUM 4

Tujuan 4

Sasaran 5

Waktu pelaksanaan 6

Pembagian Regu 6

Kriteria Penilaian 6

PERMASALAHAN 7

IDE SOLUSI 8

Kontrol ON-OFF 8

Sensor LM35 10

Aktuator 10

DESAIN DAN IMPLEMENTASI 10

KALIBRASI 12

Estimasi Parameter LM35 17

Estimasi Parameter Plant 18

Kalibrasi Pengontrol 20

UJI KUALITAS PRODUK 21

Respon Tunak Kontrol On-Off Error! Bookmark not defined.

Pengolahan Data dan Analisis Kelas Error! Bookmark not defined.

DAFTAR PUSTAKA 24

Page 3: TF-2106 LABORATORIUM TEKNIK FISIKA Ikuliah.itera.ac.id/pluginfile.php/86861/mod_resource/content/1/TF2106... · Sensor LM35 10 Aktuator 10 DESAIN DAN IMPLEMENTASI 10 KALIBRASI 12

Praktikum Lab TF 1 iii

LISENSI

Dokumen Praktikum

Dokumen ini disusun untuk praktikum "Laboratorium Teknik Fisika I" di lingkungan Itera

Dilarang menggunakannya bagi keperluan lain diluar peruntukan tersebut, kecuali atas ijin tertulis

dari penyusun.

Penyusun

Dosen : Dr. Eko Mursito Budi

Kontribusi Jika anda menemukan kekurangan dan atau mempunyai ide perbaikan untuk praktiukm ini,

silahkan layangkan e-mail ke:

[email protected]

Kontribusi anda sangat dihargai.

Page 4: TF-2106 LABORATORIUM TEKNIK FISIKA Ikuliah.itera.ac.id/pluginfile.php/86861/mod_resource/content/1/TF2106... · Sensor LM35 10 Aktuator 10 DESAIN DAN IMPLEMENTASI 10 KALIBRASI 12

Praktikum Lab TF 1 iv

PEDOMAN UMUM

Pada tugas besar Lab TF I, seluruh kelas akan bekerja sama menghasilkan suatu produk rekayasa

yang kreatif dan berkualitas. Sebagai (calon) engineer, pegang teguh 4 prinsip berikut:

• AMAN: setiap produk dan kegiatan rekayasa harus mementingkan keselamatan diri

sendiri, orang lain, maupun lingkungan

• JALAN: sistem bisa bekerja sesuai fungsi yang diminta, dengan menerapkan kecerdasan

maupun kecerdikan

• RAPI: buatlah sistem dengan rapi dan estetik, karena segi ini akan mendorong keindahan

(sehingga disukai orang), dan juga keandalan

• EFISIEN: sistem memerlukan biaya pembuatan maupun operasi yang relative rendah

dibanding hasilnya.

Tujuan

Mahasiswa dapat menerapkan pengetahuan:

• rangkaian elektronika pada suatu produk konsumer.

• ilmu statistik untuk kontrol kualitas produk.

Mahasiswa dapat melakukan ketrampilan:

• merancang dan membuat wadah produk

• merancang dan membuat PCB

• merangkai produk elektronika

• mengukur beberapa besaran fisis

• mengolah data statistik dengan perangkat lunak

• menulis laporan

Mahasiswa dapat memupuk sikap:

• Kerja sama dalam kelompok kecil untuk menghasilkan produk yang kreatif

Page 5: TF-2106 LABORATORIUM TEKNIK FISIKA Ikuliah.itera.ac.id/pluginfile.php/86861/mod_resource/content/1/TF2106... · Sensor LM35 10 Aktuator 10 DESAIN DAN IMPLEMENTASI 10 KALIBRASI 12

Praktikum Lab TF I – Sistem Kulkas DC 5

• Bertanggung jawab sebagai bagian dari kelompok besar yang menghasilkan satu batch

produk dengan standar kualitas tertentu.

Sasaran

Sasaran khusus kegiatan ini adalah:

• Setiap regu (5 – 7 orang) dapat membuat sebuah produk, berupa sistem kontrol on-off

yang kreatif dan memenuhi standar kualitas tertentu.

• Produk diuji sehingga kualitasnya dapat dijamin secara statistik

Page 6: TF-2106 LABORATORIUM TEKNIK FISIKA Ikuliah.itera.ac.id/pluginfile.php/86861/mod_resource/content/1/TF2106... · Sensor LM35 10 Aktuator 10 DESAIN DAN IMPLEMENTASI 10 KALIBRASI 12

Praktikum Lab TF I – Sistem Kulkas DC 6

Waktu pelaksanaan

Waktu pelaksanaan tugas besar ini adalah empat minggu, sebagai berikut:

Mg Di jam praktikum Di luar jam praktikum

1 • Pengenalan komponen

• Simulasi rangkaian pada LtSpiceIV

• Perancangan PCB melalui piranti

lunak Eagle

• Menerima komponen

• Pemeriksaan akhir PCB

• Pembuatan PCB

2 • Mempelajari cara kerja rangkaian

• Membuat skenario pengujian dan

trouble shooting

• Menyiapkan wadah

• Penyolderan

• Merangkai awal

• Pengujian dan troble shooting

3 • Merangkai sistem di wadah • Kalibrasi sensor

• Kalibrasi kontrol

• Pengukuran kinerja

4 • Pembuatan laporan

Pembagian Regu

Dua regu pada praktikum regular akan bergabung menjadi satu tim (berisi 5-6 orang), bertugas

membuat satu produk. Pembagian kerja dalam tim diatur sendiri, meliputi tugas-tugas:

• Merancang dan membuat wadah

• Merancang dan membuat PCB, serta rangkaian elektronikanya

• Merakit produk

• Menguji dan mengukur produk

• Menulis laporan pengujian statistik

Kriteria Penilaian

Produk per tim, dinilai saat pengujian produk (nilai akan masuk ke kuliah Lab TF-1):

• Desain wadah (aman, ergonomis dan estetik) [15%]

• Desain PCB (tata letak komponen, kebenaran jalur) [20 %]

• Kualitas elektronika (penyolderan, kerapihan kabel) [20 %]

• Kualitas wadah (kuat, rapi) [15 %]

• Fungsi produk (bekerja dengan akurat dan presisi) [20%]

• Laporan (sesuai kaidah tulisan ilmiah) [10%]

Page 7: TF-2106 LABORATORIUM TEKNIK FISIKA Ikuliah.itera.ac.id/pluginfile.php/86861/mod_resource/content/1/TF2106... · Sensor LM35 10 Aktuator 10 DESAIN DAN IMPLEMENTASI 10 KALIBRASI 12

Praktikum Lab TF I – Sistem Kulkas DC 7

PERMASALAHAN

Dalam kegiatan sehari-hari, sangat sering kita perlu menjaga sistem pada suhu tertentu, misalnya

saja pada oven, kulkas di rumah tangga, hingga boiler dan heater di industri.

Gambar 1. Contoh plant yang memerlukan kontrol suhu

Untuk menjaga suhu tersebut, diperlukan suatu pengontrol umpan balik. Pada tugas besar ini,

kita akan membangun suatu sistem kontrol on-off untuk menjaga suhu air pada suatu teko,

dimana:

• Kapasitas teko sekitar ½ liter.

• Memiliki pemanas 220V AC, sekitar 300 watt

• Air ingin dihangatkan sekitar 50o C.

Page 8: TF-2106 LABORATORIUM TEKNIK FISIKA Ikuliah.itera.ac.id/pluginfile.php/86861/mod_resource/content/1/TF2106... · Sensor LM35 10 Aktuator 10 DESAIN DAN IMPLEMENTASI 10 KALIBRASI 12

Praktikum Lab TF I – Sistem Kulkas DC 8

IDE SOLUSI

Kontrol ON-OFF

Untuk mengatur suhu suatu alat, diperlukan suatu sistem kontrol umpan balik (Gambar 3.1).

Prinsip kerjanya adalah:

• Sistem yang akan dikontrol disebut plant. Pada plat ini ada sebuah variabel proses (PV)

yang ingin dikendalikan agar berada pada harga tertentu. Untuk kasus kulkas DC, PV ini

adalah suhu.

• PV harus diukur dengan suatu sensor, sehingga didapat sinyal PV* yang

merepresentasikan PV. Biasanya PV* berupa tegangan listrik.

• Sinyal PV* kemudian dibandingkan dengan sinyal set point (SP*), sehingga

menghasilkan error = SP*-PV*.

• Pengontrol adalah blok yang menentukan sinyal manipulated variable (MV*) berdasar

error. Ada berbagai macam metode untuk menghitung MV*, misalnya kontrol on-off,

kontrol PID, kontrol fuzzy dan lain-lain. Untuk kulkas DC ini akan digunakan kontrol on-

off yang akan dijelaskan kemudian.

• Luaran MV* yang masih berupa tegangan kemudian harus diubah menjadi besaran fisis

yang bisa mengubah PV pada plant. Pada kasus kulkas DC, MV ini berupa kalor. Untuk

itu diperlukan komponen yang disebut aktuator.

Gambar 0.1 Diagram blok sistem kontrol

Page 9: TF-2106 LABORATORIUM TEKNIK FISIKA Ikuliah.itera.ac.id/pluginfile.php/86861/mod_resource/content/1/TF2106... · Sensor LM35 10 Aktuator 10 DESAIN DAN IMPLEMENTASI 10 KALIBRASI 12

Praktikum Lab TF I – Sistem Kulkas DC 9

Kontrol on-off adalah suatu metode pengontrol yang manipulated variabel-nya (MV) hanya bisa

berharga OFF (mati) atau ON (padam). Kontrol ini sangat sederhana, dan biasanya cocok dipakai

untuk plant yang relatif lambat (suhu, tangki air, dll). Dalam suatu kontrol on-off, ada satu

parameter yang bisa diatur yakni:

• Histerisis (H): menyatakan rentang toleransi terhadap set point

Sementara itu ada dua mode kerja kontrol on-off yakni mode negative-error-ON (Gambar 3.3 a)

dan mode positive-error-ON (Gambar 3.3 b).

(a) (b)

Gambar 0.1 Cara kerja sistem kontrol on-off

Untuk kontrol suhu pemanas, yang digunakan adalah mode negative-error-ON. Cara kerjanya

adalah:

• Dalam keadaan mati (MV=OFF),

◦ Jika PV lebih kecil daripada SP-H/2, maka ubah MV= ON, sehingga pemanas akan

menyala dan suhu air bertambah

• Dalam keadaan hidup (MV=ON),

◦ Jika PV lebih besar daripada SP+H/2, maka ubah MV = OFF, sehingga pemanas mati

dan suhu air akan turun karena kalor terdisipasi ke lingkungan

Page 10: TF-2106 LABORATORIUM TEKNIK FISIKA Ikuliah.itera.ac.id/pluginfile.php/86861/mod_resource/content/1/TF2106... · Sensor LM35 10 Aktuator 10 DESAIN DAN IMPLEMENTASI 10 KALIBRASI 12

Praktikum Lab TF I – Sistem Kulkas DC 10

DESAIN

Aktuator

Untuk pemanas malam mini bisa dipakai teko elektrik yang banyak tersedia di pasaran. Berikut

salah satu contohnya:

Kompor elektrik

- Kapasitas 1.5 Lt

- Diameter 16cm

- Daya 450 watt

- Tegangan 220 V / 50 Hz

Untuk menjembatani rangkain elektronik DC dengan sumber AC akan digunakan relay. Diperlihatkan

pada Gambar 2. Struktur relay terdiri dari coil dan kontaktor yang bersifat Normally Open (NO) dan

Normally Close (NC). Cara kerja dari relay, jika coil tidak mendapatkan energy maka kontak common

akan terhubung dengan kontak NC, jika coil mendapatkan energy maka kontak common akan terhubung

dengan kontak NC.

Coil : dihubungkan ke 12 Volt DC, untuk

menghidupkan / mematikan relay

COM dan NO : dihubungkan ke listrik AC, akan

tersambung jika coil menghidupkan relay

COM dan NO bisa dipakai salah satu saja (fasa); atau

dua-duanya (fasa dan netral).

Relay terpasang pada soket

Gambar 2. Gambar Relay dan Simbol Relay

Page 11: TF-2106 LABORATORIUM TEKNIK FISIKA Ikuliah.itera.ac.id/pluginfile.php/86861/mod_resource/content/1/TF2106... · Sensor LM35 10 Aktuator 10 DESAIN DAN IMPLEMENTASI 10 KALIBRASI 12

Praktikum Lab TF I – Sistem Kulkas DC 11

Sensor LM35

Sistem kontrol suhu memerlukan sensor untuk mengukur suhu, dan mengubahnya menjadi sinyal

tegangan. Ada berbagai macam sensor yang bisa digunakan (“Temperature Sensor Types for

Temperature Measurement” 2015), seperti:

• Resistive Temperature Detectors (RTD)

• Thermistor (NTC atau PTC)

• Termo-couple

• Sensor semi-konduktor (LM35)

Pada praktikum ini akan dipakai Sensor semi-konduktor LM35. Di pasaran, tersedia IC LM35

dengan spesifikasi dibawah:

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 ºC seperti terlihat

pada gambar 2.2.

3. 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.

Gambar 0.3 LM35 dan kurva Error vs Temperature

Page 12: TF-2106 LABORATORIUM TEKNIK FISIKA Ikuliah.itera.ac.id/pluginfile.php/86861/mod_resource/content/1/TF2106... · Sensor LM35 10 Aktuator 10 DESAIN DAN IMPLEMENTASI 10 KALIBRASI 12

Praktikum Lab TF I – Sistem Kulkas DC 12

PENGONTROL

Skema pengontrol diberikan pada Gambar di bawah ini, dimana fungsi komponen dalah sbb:

K1 Konektor ke sumber daya 12V

J1 Konektor ke sensor LM35

J2 Keluaran ke Relay (coil)

IC1 Op-Amp sebagai penguat non-inverting

R1, R3 Penentu penguatan IC1

IC2 Op-amp sebagai komparator

R4, POT1 Pengatur VREV bagi komparator

R2 Pembatas arus

Q1 Switching untuk relay

D1 Diode shunt, pelindung arus balik

TP1, TP2, TP3 Test point

Gambar 4.1. Kontrol suhu memakai op-amp

Pelajari benar cara kerja rangkaian ini, sebagai bekal dalam mendesain PCB maupun nanti mengujinya.

Page 13: TF-2106 LABORATORIUM TEKNIK FISIKA Ikuliah.itera.ac.id/pluginfile.php/86861/mod_resource/content/1/TF2106... · Sensor LM35 10 Aktuator 10 DESAIN DAN IMPLEMENTASI 10 KALIBRASI 12

Praktikum Lab TF I – Sistem Kulkas DC 13

IMPLEMENTASI

Sistem kontrol suhu ini nantinya memerlukan catu daya 12 Volt, yang telah dibuat dalam tugas

sebelumnya. Diagram blok sistem keseluruhan adalah sebagai berikut:

Berikut ini adalah kegiatan yang perlu dilakukan untuk mewujudkan sistem ini. Harap membaginya

diantara anggota regu, agar sistem dapat terwujud dengan baik.

Membuat Wadah

Rancanglah wadah (casing) bagi sistem ini memakai bahan apapun (misalnya papan), dengan

memperhatikan:

• Aman, a.l: jalur kabel AC harus terlindung, posisi pemanas (air) tidak akan membahayakan

rangkaian, sensor bisa terpasang di pemanas dengan baik tidak akan konslet

• Jalan: posisi steker mudah dijangkau, pengontrol mudah di-kalibrasi

• Rapi: posisi board nampak teratur, jalur kabel tidak saling silang

• Efisien: gunakan bahan yang murah, namun kuat dan mudah dikerjakan

Membuat PCB

Dari skematik yang ada, rancang PCB dengan Eagle, dan buatlah PCB tersebut. Selama merancang

perhatikan benar posisi penempatan konektor dan komponen agar:

• Aman, a.l: jalur daya pakai yang tebal (0.5 mil) sementara jalur sinyal bisa lebih kecil (0.24 mil).

• Jalan: semua jalur benar

• Rapi: posisi komponen Nampak teratur, sementara posisi konektor akan memudahkan kabel di

wadah.

• Efisien: gunakan PCB seminimum mungkin.

Menyolder

Setelah PCB jadi solderlah komponen-komponen pada tempatnya. Usahakan benar pekerjaan anda aman

dan rapi. Setelah menyolder sempatkanlah melakukan uji offline (uji konektifitas / konslet pada jalur).

Page 14: TF-2106 LABORATORIUM TEKNIK FISIKA Ikuliah.itera.ac.id/pluginfile.php/86861/mod_resource/content/1/TF2106... · Sensor LM35 10 Aktuator 10 DESAIN DAN IMPLEMENTASI 10 KALIBRASI 12

Praktikum Lab TF I – Sistem Kulkas DC 14

Menyiapkan Sensor

Untuk sensor, gunakan kabel shielded isi 3, dan heat-shrink tube untuk menutup sambungan. Koneksikan

• Kabel shield (serabut) hubungkan ke kaki GND

• Kabel putih ke kaki OUT

• Kabel merah ke kaki VCC (4-20V)

Pasang sensor ke konektor J1.

Perhatikan benar koneksi kaki-kakinya ke J1, jika terbalik, sensor akan rusak !!!

Pasang Relay

Pelajari relay dan soketnya, perhatikan benar mana port ke coil, common, NC, dan NO.

• Sambung port coil (+) ke J2 (+)

• Sambung port coil (-) ke J2 (-)

Jika sambungan terbalik, nanti LED pada relay tidak akan menyala.

Pasang Power Supply

Siapkan power supply hingga jalan, dalam hal ini rangkaian sensor memerlukan catu daya tunggal 12

Volt. Pada tugas sebelumnya, dibuat catu daya simetris 12 V, sehingga hanya diperlukan satu sisi saja,

antara (+) ke GND; atau GND ke (-).

Page 15: TF-2106 LABORATORIUM TEKNIK FISIKA Ikuliah.itera.ac.id/pluginfile.php/86861/mod_resource/content/1/TF2106... · Sensor LM35 10 Aktuator 10 DESAIN DAN IMPLEMENTASI 10 KALIBRASI 12

Praktikum Lab TF I – Sistem Kulkas DC 15

Untuk memastikan:

• Koneksikan catu daya ke listrik PLN

• Ukur tegangan luaran (+) ke GND, seharusnya 12 Volt

• Ukur tegangan luaran GND ke (-), seharusnya 12 Volt

Jika belum betul, perbaiki dulu sesuai dengan petunjut tubes lalu.

Selanjutnya pasang power supply ke konektor K1.

Kutub (+) dan kutub (-) jangan terbalik, seluruh rangkaian bisa rusak !!!

Uji Rangkaian

Untuk menguji rangkaian, pelajari dulu cara kerja sistem ini. Titik-titik penting pengukuran

adalah sebagai berikut:

Dalam hal ini, sistem yang baik bekerja dalam dua kondisi yaitu:

• DINGIN: jika sensor LM35 mengukur suhu rendah, maka relay tidak menyala

• PANAS: jika sensor LM35 mengukur suhu tinggi, relay akan menyala.

Untuk itu coba perkirakan tegangan pada kedua kondisi tersebut sebagai berikut:

Page 16: TF-2106 LABORATORIUM TEKNIK FISIKA Ikuliah.itera.ac.id/pluginfile.php/86861/mod_resource/content/1/TF2106... · Sensor LM35 10 Aktuator 10 DESAIN DAN IMPLEMENTASI 10 KALIBRASI 12

Praktikum Lab TF I – Sistem Kulkas DC 16

Titik Yang Diharapkan Hasil uji

DINGIN PANAS

A … …

B … …

C (VREF) … …

D 0 Volt …

E 12 Volt …

RELAY ON OFF

RELAY (NO) CLOSE OPEN

RELAY (NC) OPEN CLOSE

Untuk menguji, cobalah dengan prosedur pengukuran dari belakang ke depan sebagai berikut:

1 Siapkan seluruh rangkaian, namun tanpa beban teko dulu (relay saja)

2 Hidupkan rangkaian. Pada awal ini, sensor mendeteksi DINGIN, sehingga relay seharusnya

ON. Kita akan periksa dengan cara maju (dari A ke E):

• Ukur titik A, seharusnya terbaca dalam skala mili volt. Kalau tak terukur output

tsb, sensor anda rusak.

• Ukur titik B, seharusnya VB sekitar 10 kali VA. Kalau tidak ada penguatan,

rangkaian penguat anda ada yang salah. Periksa IC1, R1 atau R3.

• Ukur titik C, coba putar POT1 agar VC sedikit lebih besar dari VB. Jika diputar-

putar VC tak bisa berubah, maka POT1 perlu diperiksa.

• Ukur titik D, seharusnya kini dalam kondisi tinggi (hampir 12 Volt). Kalau tidak,

periksa IC2. Mungkin putus.

• Ukur titik E, seharusnya dalam kondisi rendah (dibawah 0,7 Volt). Jika tinggi,

maka Q1 atau R2 putus.

• Relay harusnya ON. Kalau tidak, mungkin coilnya sudah putus.

3 Kini kita coba uji kondisi PANAS. coba tempelkan sensor suhu pada benda panas, misalnya

ujung solder (namun jangan terlalu lama). Setelah cukup panasnya, maka relay akan ON.

Periksa:

• Ukur titik A, seharusnya terbaca dalam skala mili volt namun lebih tinggi dari saat

DINGIN.

• Ukur titik B, seharusnya akan naik hingga lebih dari VC.

Page 17: TF-2106 LABORATORIUM TEKNIK FISIKA Ikuliah.itera.ac.id/pluginfile.php/86861/mod_resource/content/1/TF2106... · Sensor LM35 10 Aktuator 10 DESAIN DAN IMPLEMENTASI 10 KALIBRASI 12

Praktikum Lab TF I – Sistem Kulkas DC 17

• Ukur titik C, seharusnya masih sama seperti saat DINGIN.

• Ukur titik D, seharusnya kini dalam kondisi low (hampir 0 Volt). Kalau tidak, IC2

rusak.

• Ukur titik E, seharusnya dalam kondisi hampir 12 Volt. Kalau tidak, maka Q1

konslet.

• Relay harusnya OFF.

PEMASANGAN BEBAN LISTRIK AC

Setelah rangkaian bekerja, kini saatnya berani memasang beban listrik AC.

Pasang Relay dan Stop Kontak ke sumber AC

Siapkan kabel AC.

Sekali lagi pastikan kaki-kaki relay jalur COM, NO dan NC.

Ambillah jalur AC yang FASA

• Koneksikan ke Relay kutub COM

• Pada sisi sebelahnya, koneksikan NO ke stop kontak

Selanjutnya ambil jalur AC yang NETRAL

• Koneksikan ke stop kontak

Demi keamanan, pastikan relay, stop kontak terpasang dengan kokoh, dan kabel AC terpasang rapi

dengan isolasi yang cukup.

Pasang Beban ke Stop Kontak

Pasanglah beban (teko air) dengan menancapkan konektornya ke stop kontak

KALIBRASI

Estimasi Parameter LM35 & Karakteristik Pemanas

Pengujian ini ingin melihat hubungan input (suhu) terhadap output (tegangan) sensor suhu.

Konstruksi pengujian adalah sebagai berikut:

Page 18: TF-2106 LABORATORIUM TEKNIK FISIKA Ikuliah.itera.ac.id/pluginfile.php/86861/mod_resource/content/1/TF2106... · Sensor LM35 10 Aktuator 10 DESAIN DAN IMPLEMENTASI 10 KALIBRASI 12

Praktikum Lab TF I – Sistem Kulkas DC 18

Siapkan tabel kalibrasi sebagai berikut:

Suhu (C) … (awal) 25 30 ….. 90 … (mendidih)

Tegangan VB (Volt)

Waktu (detik)

Cara melakukan kalibrasi adalah sebagai berikut:

• Siapkan pemanas, isi dengan air kira-kira setengahnya. Kalau nanti ternyata proses

pemanasan terlalu cepat (sehingga tak sempat diukur, tambahlah airnya).

• Tempelkan sensor pada pemanas (diluar).

• Siapkan termometer, ukur suhu pemanas di dekat sensor.

• Siapkan stop watch (bisa gunakan HP)

• Siapkan Volt meter, ukur tegangan pada titib B.

• Hidupkan rangkaian pengontrol ini.

• Koneksikan pemanas ke listrik AC (langsung, tidak lewat relay).

• Amati thermometer. Setiap kenaikan 5 derajat, ukur dan catat tegangan luaran volt meter

maupun waktunya.

• Lakukan hingga air mendidih.

Setelah air mendidih, matikan pemanas dan kini lakukan pengukuran proses pendinginan.

• Setiap penurunan 5 derajat, ukur dan catat tegangan luaran volt meter serta suhu dari

thermometer.

Page 19: TF-2106 LABORATORIUM TEKNIK FISIKA Ikuliah.itera.ac.id/pluginfile.php/86861/mod_resource/content/1/TF2106... · Sensor LM35 10 Aktuator 10 DESAIN DAN IMPLEMENTASI 10 KALIBRASI 12

Praktikum Lab TF I – Sistem Kulkas DC 19

• Lakukan hingga suhu mendekati suhu awal.

Masukkan data percobaan ke excel, lalu coba buat grafik karakteristik sensor, yaitu luaran

tegangan terhadap input suhu. Gunakan nilai rata-rata dari dua pengukuran (pemanasan dan

pendinginan). Hasilnya akan Nampak pada Grafik berikut. Dari grafik ini, kita akan bisa

menurunkan rumus regresi linier sensor (ingat kuliah statistik). Pada contoh adalah:

Y = 10.13 X + 213.49

Dimana

Y : tegangan; X : suhu

Ilustrasi kalibrasi sensor suhu (angka di sini hanya simulasi, jangan dijadikan acuan)

Selain itu buatlah juga grafik suhu terhadap waktu untuk proses pemanasan dan pendinginan.

Hasilnya kira-kira nampak sebagai grafik berikut. Dari grafik, terlihat bahwa karakteristik itu

mirip seperti grafik sistem RC (praktikum rangkaian AC). Kita bisa membuat regresi

exponensial untuk proses pendinginan seperti nampak pada Gambar.

Page 20: TF-2106 LABORATORIUM TEKNIK FISIKA Ikuliah.itera.ac.id/pluginfile.php/86861/mod_resource/content/1/TF2106... · Sensor LM35 10 Aktuator 10 DESAIN DAN IMPLEMENTASI 10 KALIBRASI 12

Praktikum Lab TF I – Sistem Kulkas DC 20

Gambar 0.1 Ilustrasi grafik karakteristik pemanas

Kalibrasi Pengontrol

Untuk pengujian, sistem ini akan mencoba mengatur air tetap hangat pada suhu sekitar 50 derajat

(kita sebut TREF). Untuk itu pertama-tama:

• Menggunakan rumus gradien yang didapat saat kalibrasi sensor, hitunglah tegangan

luaran sensor pada suhu 50 derajat C. Hasilnya kita sebut VREF.

Selanjutnya siapkan rangkaian komplit pengontrol suhu ini, namun tak perlu menyambungkan

teko pemanas dulu. Lakukan kalibrasi sebagai berikut:

• Siapkan obeng untuk memutar potensiometer POT2.

• Siapkan volt meter untuk mengukur tegangan titik C.

• Hidupkan catu daya, sehingga tegangan 12 Volt mengalir ke sistem.

Page 21: TF-2106 LABORATORIUM TEKNIK FISIKA Ikuliah.itera.ac.id/pluginfile.php/86861/mod_resource/content/1/TF2106... · Sensor LM35 10 Aktuator 10 DESAIN DAN IMPLEMENTASI 10 KALIBRASI 12

Praktikum Lab TF I – Sistem Kulkas DC 21

• Putar POT2 naik atau turun (hati-hati, jangan kasar) sehingga pada Volt Meter terbaca

tegangan sekitar VREF.

Dengan langkah tersebut, maka sistem mestinya siap mengontrol pada suhu yang diinginknan

(TREF).

UJI KUALITAS PRODUK

Ada dua uji kualitas produk yang akan diukur, yaitu:

1. Akurasi (apakah suhu memang data dikontrol di sekitar TREF)

2. Histerisis (besarnya simpangan suhu selama pengontrolnan)

Untuk itu data yang dicari nampak pada Gambar berikut.

Gambar 0.1 Respon tunak kontrol on-off

Nampak bahwa pada suatu siklus (kontrol mati sampai nyala lagi) yang perlu diukur adalah:

1. Suhu ketika aktuator padam (Sa).

2. Suhu maksimal yang masih bisa dicapai plant, walau aktuator sudah padam (Saa).

3. Suhu ketika aktuator menyala (Sb).

4. Suhu minimal yang masih bisa dicapai plant (Sbb).

Untuk itu, siapkan tabel pengukuran sbb:

Siklus Sa Saa Sb Sbb

1

Page 22: TF-2106 LABORATORIUM TEKNIK FISIKA Ikuliah.itera.ac.id/pluginfile.php/86861/mod_resource/content/1/TF2106... · Sensor LM35 10 Aktuator 10 DESAIN DAN IMPLEMENTASI 10 KALIBRASI 12

Praktikum Lab TF I – Sistem Kulkas DC 22

10

Langkah-langkah yang perlu dilakukan adalah sebagai berikut:

1. Siapkan teko yang sudah dipasangi kontrol suhu. Isi dengan air 500 ml.

2. Pasang thermometer pada teko.

3. Hidupkan kontrol suhu. Aktuator seharusnya akan menyala, dan suhu mulai naik.

4. Tunggu sampai aktuator mati, catat suhunya (Sa).

5. Amati terus thermometer, catat suhu maksimal yang terjadi (Saa).

6. Suhu akan menurun, tunggu sampai aktuator menyala kembali, catat suhunya (Sb).

7. Amati terus thermometer, catat suhu minimal yang terjadi (Sbb), sebelum suhu naik lagi.

8. Ulangi langkah 4 sd 7 sebanyak 10 kali (sehingga didapat 10 set data, masing-masing 4

buah)

Masukkan data pengukuran ke spreadsheet. Pengolahan data yang perlu dilakukan adalah

sebagai berikut:

1 Hitunglah rata-rata suhu yang dijaga oleh pengontrol ini, yaitu:

Tsp = (Sa + Sb) / 2

Hitung rata-rata dari seluruh dataset

2 Hitunglah rentang histerisis sistem kontrol ini, yaitu:

Hs = (Sa – Sb)

Hitung rata-rata dari ke sepuluh set data.

3 Hitunglah rentang histerisis aktual sistem kontrol ini, yaitu:

Hss = (Saa – Sbb)

Hitung rata-rata dari ke sepuluh set data.

Buatlah analisis kinerja sistem ini, apakah memang akurat dan rentangnya histerisisnya cukup

kecil. Gunakan teori statistik yang sudah anda dapat di kuliah Probstat.

Page 23: TF-2106 LABORATORIUM TEKNIK FISIKA Ikuliah.itera.ac.id/pluginfile.php/86861/mod_resource/content/1/TF2106... · Sensor LM35 10 Aktuator 10 DESAIN DAN IMPLEMENTASI 10 KALIBRASI 12

Praktikum Lab TF I – Sistem Kulkas DC 23

LAPORAN Buatlah laporan sesuai petunjuk umum. Setelah analisis, jawablah pertanyaan-pertanyaan khusus berikut.

SAMPUL: standard laporan ITERA

1. Kebutuhan

• Paparkan spesifikasi yang diinginkan

2. Skema

• Sampaikan gambar skematik rangkaian, dan daftar komponen yang dibuat memakai Eagle

3. Desain

• Sampaikan desain wadah yang anda lakukan

• Sampaikan desain PCB yang telah dilakukan pada Eagle.

• Secara khusus, sampaikan kreatifitas yang anda tambahkan dan tujuan/manfaatnya.

4. Implementasi

• Tuliskan tahap-tahap implementasi.

• Lampirkan foto hasil pekerjaan.

• Beri komentar hasil kerja anda (aman, kuat, rapih, dll) dan upaya untuk mencapai hal itu.

5. Pengujian

• Sampaikan hasil kalibrasi dan berikan analisisnya ?

• Sampaikan hasil pengujian kinerja. Analisis apakah spesifikasi yang diharapkan bisa dicapai ?

6. Kesimpulan

• Apabila rangkaian anda memang bekerja baik, simpulkan apakah sistem memang bekerja sesuai teori?

• Apabila kurang berhasil, sampaikan kegagalan dan saran perbaikan

7. Kerjasama Tim

Buat Tabel berikut, isikan sesuai peran masing-masing anggota

No NIM Nama Kompetensi *) Peran #)

Hardware Menejemen Sarana

*) Beri centang kompetensi utama yang dikuasai

#) Tuliskan peran yang dilakukan, misal menggambar skema, mendesain PCB, menyolder, menulis laporan,

dll.

Page 24: TF-2106 LABORATORIUM TEKNIK FISIKA Ikuliah.itera.ac.id/pluginfile.php/86861/mod_resource/content/1/TF2106... · Sensor LM35 10 Aktuator 10 DESAIN DAN IMPLEMENTASI 10 KALIBRASI 12

Praktikum Lab TF I – Sistem Kulkas DC 24

DAFTAR PUSTAKA • http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm35.pdf

• https://www.electronics-tutorials.ws/opamp/opamp_3.html

• https://www.electronics-tutorials.ws/opamp/op-amp-comparator.html