Tugas 4 Sensor Suhu

RANGKAIAN PENGKONDISI SUHU RUANGAN OTOMATIS

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

Daftar Isi

1. Tujuan

2. Alat dan Bahan

3. Dasar Teori

4. Percobaan

5. Gambar Rangkaian

6. Prinsip Kerja Rangkaian 

7. Video Simulasi

8. Link Download

Saya membuat rangkaian pengatur suhu ruangan otomatis ini bersumber dari gambar buku kimia di halaman 232 dan 255 atau dapat dilihat dari gambar di atas. 

 

1. Tujuan[BACK]

 a. Mengetahui pengertian Sensor LM35

 b. Mengetahui cara kerja Sensor LM35

 c. Memenuhi tugas mata kuliah kimia dasar

 d. Mengetahui proses pembuatan sensor suhu menggunakan sensor LM35

 

2. Alat dan Bahan[BACK] 

Berikut komponen yang di gunakan :

1. Sensor suhu LM35

    digunakan untuk mendeteksi suhu ruangan dengan output sebesar 10mV/Celcius.

Gambar 1. LM35 pada Proteus

Karakteristik Sensor suhu IC LM35  : 

- Memiliki sensitivitas suhu, dengan faktor skala linier antara tegangan dan suhu 10 mVolt/ºC, sehingga dapat dikalibrasi langsung dalam celcius. 

- Memiliki ketepatan atau akurasi kalibrasi yaitu 0,5ºC pada suhu25ºC  

- Memiliki jangkauan maksimal operasi suhu antara -55 ºC sampai +150 ºC. 

- Bekerja pada tegangan 4 sampai 30 volt. Memiliki arus rendah yaitu kurang dari 60 µA. 

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

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

2. IC Op Amp LM741

    Op amp tipe LM741 ini dirangkai menjadi non inverting amplifier sebagai penguat tegangan.

Gambar 2. LM741 pada Proteus

Konfigurasi Pin IC Op-Amp 741 : 

• Jumlah pin ada 8 

• Terdapat satu channel penguat 

• Input pembalik di pin 2 

• Input bukan pembalik di pin 3 

• Output di pin 6 

• Pin 4 adalah jalur catu negatif - 

• Pin 7 adalah jalur catu positif +. 

3. Resistor

    digunakan untuk menghambat arus agar tidak terlalu besar.

Gambar 3. Resistor pada Proteus

Spesifikasi :

- Resistance (Ohms) : 220 V

- Power (Watts) : 0,25 W, ¼ W

- Tolerance : ± 5%

- Packaging : Bulk

- Composition : Carbon Film

- Temperature Coefficient : 350ppm/°C

- Lead Free Status : Lead Free

- RoHS Status : RoHs Complient      

4. Op Amp LM324

     Op Amp yang digunakan sebanyak 2 buah yaitu Komparator inverting dan non inverting.

Gambar 4. LM324 pada Proteus

Konfigurasi Op Amp LM324

- Pin 1,7,8,14 (Output)
    Merupakan sinyal output.
- Pin 2,6,9,13 (Inverting Input)
    Semua sinyal input yang berada di pin ini akan mempunyai output yang berkebalikan dari input.
- Pin 3,5,10,12 (Non-inverting input)
    Semua sinyal input yang berada di pin ini akan mempunyai output yang sama dengan input (tidak berkebalikan).
- Pin 4 (+Vcc)
    Pin ini dapat beroperasi pada tegangan antara +5 Volt sampai +15 Volt.
- Pin 11 (-Vcc)
    Pin ini dapat beroperasi pada tegangan antara -5 Volt sampai -15 Volt.

5. NPN Transistor

    Digunakan untuk menghidupkan Motor.

Gambar 5. NPN Transistor pada Proteus

Spesifikasi :

- Bi-Polar NPN Transistor

- DC Current Gain (hFE) is 800 maximum

- Continuous Collector current (IC) is 500mA

- Emitter Base Voltage (VBE) is 5V

- Base Current(IB) is 5mA maximum

- Available in To-92 Package

Konfigurasi Pin :

Pin 1 : Collector

Pin 2 : Base

Pin 3 : Emitter

6. Motor

  Sebagai keluaran (output) yang menyatakan rangkaian jalan ketika motor hidup.

Gambar 6. Motor pada Proteus 

Komponen Motot Listrik :

1. Stator Coil
2. Rotor Coil
3. Main Shaft
4. Brush
5. Bearing
6. Drive pulley
7. Motor Housing

7. LED

     Sebagai indikator (Penanda Motor Hidup).

Gambar 7. LED BIRY pada Proteus

Tegangan kerja / jatuh tegangan pada sebuah menurut warna yang dihasilkan:

1. Infra merah : 1,6 V
2. Merah : 1,8 V – 2,1 V
3. Oranye : 2,2 V
4. Kuning : 2,4 V
5. Hijau : 2,6 V
6. Biru : 3,0 V – 3,5 V
7. Putih : 3,0 – 3,6 V
8. Ultraviolet : 3,5 V

Dasar Teori[BACK]

 - SENSOR SUHU LM35 

Kami membuat rangkaian pengatur suhu ruangan otomatis ini bersumber dari gambar buku kimia di halaman 232 dan 255 atau dapat dilihat dari gambar di atas. Disini dapat terlihat bahwa energi panas yang memiliki suhu panas sangat banyak terdapat di rumah masyarakat (seperti pada gambar diatas) sehingga dibutuhkan alat yang dapat menetralisir suhu ruangan menjadi stabil.

Rumusnya yaitu

                        Sensor suhu LM35 adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi untuk mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan. 

Sensor Suhu LM35 yang dipakai dalam penelitian ini berupa komponen elektronika elektronika yang diproduksi oleh National Semiconductor. 

LM35 memiliki keakuratan tinggi dan kemudahan perancangan jika dibandingkan dengan sensor suhu yang lain, LM35 juga mempunyai keluaran impedansi yang rendah dan linieritas yang tinggi sehingga dapat dengan mudah dihubungkan dengan rangkaian kendali khusus serta tidak memerlukan penyetelan lanjutan.

Gambar Rangkaian Sensor LM35

IC LM 35 ini tidak memerlukan pengkalibrasian atau penyetelan dari luar karena ketelitiannya sampai lebih kurang seperempat derajat celcius pada temperature ruang. Jangka sensor mulai dari – 55°C sampai dengan 150°C, IC LM35 penggunaannya sangat mudah, difungsikan sebagai kontrol dari indicator tampilan catu daya terbelah. IC LM 35 dapat dialiri arus 60 μ A dari supplay sehingga panas yang ditimbulkan sendiri sangat rendah kurang dari 0 ° C di dalam suhu ruangan.

Untuk mendeteksi suhu digunakan sebuah sensor suhu LM35 yang dapat dikalibrasikan langsung dalam C (celcius), LM35 ini difungsikan sebagai basic temperature sensor.

  Adapun keistimewaan dari IC LM 35 adalah :

·         Kalibrasi dalam satuan derajat celcius.

·         Lineritas +10 mV/ º C.

·         Akurasi 0,5 º C pada suhu ruang.

·         Range +2 º C – 150 º C.

·         Dioperasikan pada catu daya 4 V – 30 V.

·         Arus yang mengalir kurang dari 60 μA

Grafik Sensor Suhu LM35

Tabel Tegangan keluaran sensor LM35

- OP AMP

                       

spefikasi Operational Amplifier (Op-Amp) yang ideal memiliki karakteristik sebagai berikut :

• Penguatan Tegangan Open-loop atau Av = ∞ (tak terhingga)
• Tegangan Offset Keluaran (Output Offset Voltage) atau Voo = 0 (nol)
• Impedansi Masukan (Input Impedance) atau Zin= ∞ (tak terhingga)
• Impedansi Output (Output Impedance ) atau Zout = 0 (nol)
• Lebar Pita (Bandwidth) atau BW = ∞ (tak terhingga)
• Karakteristik tidak berubah dengan suhu

Cara Kerja Operational Amplifier

                                        Rumus :

A) IC OP AMP LM 741

        Pada IC ini terdapat dua pin input, dua pin power supply, satu pin output, satu pin NC No Connection, dan dua pin offset null. Pin offset null 25 memungkinkan kita untuk melakukan sedikit pengaturan terhadap arus internal di dalam IC untuk memaksa tegangan output menjadi nol ketika kedua input bernilai nol. IC LM741 berisi satu buah Op-Amp, terdapat banyak tipe IC lain yang memiliki dua atau lebih Op-Amp dalam suatu kemasan DIP. IC Op-Amp memiliki karakteristik yang sangat mirip dengan konsep Op-Amp ideal pada analisis rangkaian.

B) OP AMP LM324

        Op-amp LM324 adalah IC dengan 14 pin yang memiliki 4 op-amp didalam dengan single-supply mulai dari 3 Volt sampai 32 Volt dan jika menggunakan supply simetris +/-16 Volt. IC op-amp LM324 banyak digunakan untuk ragam aplikasi selain rangkaian audio dikarenakan harganya sangat murah.

Beberapa fitur yang ditawarkan IC murah ini adalah

Proteksi output terhadap short circuit

Low input Bias Current (100nA untuk tipe LM324A)

- RESISTOR

            Resistor atau hambatan adalah salah satu komponen elektronika yang memiliki nilai hambatan tertentu, dimana hambatan ini akan menghambat arus listrik yang mengalir melaluinya. Sebuah resistor biasanya terbuat dari bahan campuran Carbon. Namun tidak sedikit juga resistor yang terbuat dari kawat nikrom, sebuah kawat yang memiliki resistansi yang cukup tinggi dan tahan pada arus kuat. Contoh lain penggunaan kawat nikrom dapat dilihat pada elemen pemanas setrika. Jika elemen pemanas tersebut dibuka, maka terdapat seutas kawat spiral yang biasa disebut dengan kawat nikrom

                                                  

        Resistor merupakan salah satu komponen elektronika pasif yang berfungsi untuk membatasi arus yang mengalir pada suatu rangkaian dan berfungsi sebagai terminal antara dua komponen elektronika. Tegangan pada suatu resistor sebanding dengan  arus yang melewatinya 

                                                              

Cara menghitung nilai resistansi resistor dengan gelang warna:
1. Masukkan angka langsung dari kode warna gelang pertama
2. Masukkan angka langsung dari kode warna gelang kedua
3. Masukkan angka langsung dari kode warna gelang ketiga
4. Masukkan jumlah nol dari kode warna gelang ke-4 atau pangkatkan angka tersebut dengan 10(10^n)

Resistor di pasaran

- TRANSISTOR

        Transistor adalah komponen semikonduktor yang memiliki berbagai macam fungsi seperti sebagai penguat, pengendali, penyearah, osilator, modulator dan lain sebagainya. Transistor merupakan salah satu komponen semikonduktor yang paling banyak ditemukan dalam rangkaian-rangkaian elektronika. Boleh dikatakan bahwa hampir semua perangkat elektronik menggunakan Transistor untuk berbagai kebutuhan dalam rangkaiannya. 

                                   

    Pada umumnya, transistor memiliki 3 terminal, yaitu Basis (B), Emitor (E) dan Kolektor (C). Tegangan yang di satu terminalnya misalnya Emitor dapat dipakai untuk mengatur arus dan tegangan yang lebih besar daripada arus input Basis, yaitu pada keluaran tegangan dan arus output Kolektor.

        Terminal transistor memerlukan tegangan DC tetap untuk beroperasi di daerah yang diinginkan dari kurva karakteristiknya. Ini dikenal sebagai biasing. Untuk aplikasi amplifikasi, transistor bias sehingga sebagian untuk semua kondisi input. Sinyal input pada basis diamplifikasi dan diambil pada emitor. BC548 digunakan dalam konfigurasi emitor umum untuk amplifier. Pembagi tegangan adalah mode bias yang umum digunakan. Untuk aplikasi switching, transistor bias sehingga tetap penuh jika ada sinyal di dasarnya. Dengan tidak adanya sinyal dasar, itu benar-benar mati.

        Dengan sebuah transistor tipikal, grafik arus kolektor versus arus basis akan terlihat sebagaimana berikut ini 

        Terdapat sebuah hubungan linear (garis lurus) antara arus baris dengan arus kolektor. Dengan kata lain : Arus kolektor secara langsung berbanding lurus dengan arus basis.

- MOTOR

                   

    Motor listrik adalah alat untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Alat yang berfungsi sebaliknya, mengubah energi mekanik menjadi energi listrik disebut generator atau dinamo. Motor listrik dapat ditemukan pada peralatan rumah tangga seperti kipas angin, mesin cuci, pompa air dan penyedot debu.

- LED

 Light Emitting Diode atau sering disingkat dengan LED adalah komponen elektronika yang dapat memancarkan  cahaya monokromatik ketika diberikan tegangan maju. LED merupakan keluarga Dioda yang terbuat dari bahan semikonduktor. Warna-warna Cahaya yang dipancarkan oleh LED tergantung pada jenis bahan semikonduktor yang dipergunakannya. LED juga dapat memancarkan sinar inframerah yang tidak tampak oleh mata seperti yang sering kita jumpai pada Remote Control TV ataupun Remote Control perangkat elektronik lainnya.

Tabel. Warna dan Material LED

	Warna	Panjanggelombang [nm]	Material semikonduktor
	Infrared	λ > 760	Gallium arsenide (GaAs)Aluminium gallium arsenide (AlGaAs)
	Red	610 < λ < 760	Aluminium gallium arsenide (AlGaAs)Gallium arsenide phosphide (GaAsP)Aluminium gallium indium phosphide (AlGaInP)Gallium(III) phosphide (GaP)
	Orange	590 < λ < 610	Gallium arsenide phosphide (GaAsP)Aluminium gallium indium phosphide (AlGaInP)Gallium(III) phosphide (GaP)
	Yellow	570 < λ < 590	Gallium arsenide phosphide (GaAsP)Aluminium gallium indium phosphide (AlGaInP)Gallium(III) phosphide (GaP)
	Green	500 < λ < 570	Indium gallium nitride (InGaN) / Gallium(III) nitride (GaN)Gallium(III) phosphide (GaP)Aluminium gallium indium phosphide (AlGaInP)Aluminium gallium phosphide (AlGaP)
	Blue	450 < λ < 500	Zinc selenide (ZnSe)Indium gallium nitride (InGaN)
	Violet	400 < λ < 450	Indium gallium nitride (InGaN)
	Purple	multiple types	Dual blue/red LEDs, blue with red phosphor, or white with purple plastic
	Ultraviolet	λ < 400	Diamond (235 nm) Boron nitride (215 nm) Aluminium nitride (AlN) (210 nm) Aluminium gallium nitride (AlGaN)Aluminium gallium indium nitride (AlGaInN) – (down to 210 nm)
	Pink	multiple types	Blue with one or two phosphor layers: yellow with red, orange or pink phosphor added afterwards, or white with pink pigment or dye.
	White	Broad spectrum	Blue/UV diode with yellow phosphor

Percobaan[BACK]

    A. Prosedur Percobaan

        a. Susunlah semua komponen seperti pada gambar di bawah ini

 

        b. Sambungkan semua komponen rangkaian seperti pada gambar dibawah ini.

        c. Jika sudah, jalankan rangkaian untuk membuktikan bahwa rangkain bisa berjalan dengan sukses atau tidak.

 

 

    B. Gambar Rangkaian[BACK]

Gambar rangkaian simulasi ketika suhu berada diantara 16 - 30 derjat Celcius (Motor dalam keadaan OFF) :

 

Gambar 1.

Gambar rangkaian simulasi ketika mencapai suhu ≥ 30⁰

Gambar 2.

 

Gambar rangkaian simulasi ketika mencapai suhu < 16⁰

Gambar 3.

 

    C. Prinsip Kerja Rangkaian[BACK]

Pada rangkaian pengkondisi suhu ruangan ini, digunakan sensor LM 35, dimana nantinya pendingin akan menyala secara otomatis saat mendeteksi suhu ruangan telah mencapai suhu ≥ 30⁰ , dan penghangat akan menyala secara otomatis saat mendeteksi suhu ruangan < 16⁰

Ketika suhu ruang mencapai ≥ 30 maka tegangan yang dikeluarkan oleh sensor akan diperbesar 10x oleh op amp non inverting amplifier. maka arus akan masuk ke dalam komparator non inverting karena Vin > Vref (prinsip kerja komparator non inverting).kemudian arus melalui resistor 100ohm dan ke kaki basis transistor, lalu keluar ke kaki emitter dan menuju Motor dan LED (sebagai indikator), lalu Motor (PENDINGIN) akan menyala. dan arus berakhir di ground. 
Begitu juga sebaliknya, ketika suhu ruang mencapai < 16  maka tegangan yang dikeluarkan oleh sensor akan diperbesar 10x oleh op amp non inverting amplifier. maka arus akan masuk ke dalam komparator inverting karena Vin < Vref (prinsip kerja komnparator inverting). kemudian arus melalui resistor 100ohm dan ke kaki basis transistor, lalu keluar ke kaki emitter dan menuju Motor dan LED (sebagai indikator), lalu Motor (PENGHANGAT) akan menyala. dan arus berakhir di ground

     D. Video Simulasi[BACK]

    E. Link Download[BACK]

1. Download Datasheet Sensor LM35 Di Sini

2. Download File Rangkaian Di Sini

3. Download Video Simulasi Di Sini

4. Download File HTML Di Sini