LAPORAN Kendali Pemanas On Off [PDF]

Citation preview

LAPORAN LABORATORIUM SISTEM KENDALI KONTINU II KENDALI PEMANAS ON/OFF



Dosen Pengampu : Bambang Supriyo, BSEE, M.EngSc, PhD Disusun Oleh : 1. 2. 3. 4. 5.



Arya Mahardhika WH Falah Sakta G Latifah Wijayanti Melianti Dwi S Yayan Yogo Santoso



EK-3A EK-3A EK-3A EK-3A EK-3A



3.32.16.0.03 3.32.16.0.07 3.32.16.0.12 3.32.16.0.13 3.32.16.0.23



Tanggal Praktek : Tanggal Laporan : 24 Desember 2018



PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI SEMARANG 2018



No. Percobaan : Judul Percobaan : Kendali Pemanas On/Off 1. Tujuan : Tujuan dari percobaan ini praktikan dapat : 1. Mengetahui spesifikasi sensor suhu 2. Mengetahui cara kerja pengkondisian sinyal Op-Amp Amplifire 3. Mengetahui cara kerja Op-Amp Comperator 4. Mengatahui grafik kerja sensor suhu dan pemanas udara 2.



Dasar Teori : 2.1 Sensor Suhu Sensor LM35 bekerja dengan mengubah besaran suhu menjadi besaran tegangan. Tegangan ideal yang keluar dari LM35 mempunyai perbandingan 100°C setara dengan 1 volt. Sensor ini mempunyai pemanasan diri (self heating) kurang dari 0,1°C, dan dapat dioperasikan dengan menggunakan power supply tunggal dan dapat dihubungkan antar muka (interface) rangkaian control yang sangat mudah. IC LM 35 sebagai sensor suhu yang teliti dan terkemas dalam bentuk Integrated Circuit (IC), dimana output teganga keluaran sangat linear terhadap perubahan suhu. Sensor ini berfungsi sebagai pegubah dari besaran fisis suhu ke besaran tegangan yang memiliki koefisie sebesar 10 mV /°C yang berarti bahwa kenaikan suhu 1° C maka akan terjadi kenaikan tegangan sebesar 10 mV. 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 dapat dikatakan sangat mudah, dapat dialiri arus sebesar 60 A dari supplay sehingga panas yang ditimbulkan sendiri sangat rendah kurang dari 0 ° C di dalam suhu ruangan.



Gambar 1. Sensor LM 35 Adapun keistimewaan dari IC LM 35 adalah : 1) Kalibrasi dalam satuan derajat celcius. 2) Lineritas +10 mV/ º C. 3) Akurasi 0,5 º C pada suhu ruang. 4) Range +2 º C – 150 º C. 5) Dioperasikan pada catu daya 4 V – 30 V. 6) Arus yang mengalir kurang dari 60 μ A Cara Kerja Sensor LM35 Dalam prakteknya proses antarmuka sensor LM35 dapat dikatakan sangat mudah. Pada IC sensor LM35 ini terdapat tiga buah pin kaki yakni Vs, Vout dan pin ground. Dalam pengoperasiannya pin Vs dihubungkan dengan tegangan sumber sebesar antara 4 – 20 volt sementara pin Ground dihubungkan dengan ground dan pin Vout merupakan keluaran yang akan mengalirkan tegangan yang besarnya akan sesuai dengan suhu yang diterimanya dari sekitar.



Gambar 2. Rangkaian LM 35 Prinsip kerja alat pengukur suhu ini, adalah sensor suhu difungsikan untuk mengubah besaran suhu menjadi tegangan,



dengan kata lain panas yang ditangkap oleh LM35 sebagai sensor suhu akan diubah menjadi tegangan. Sedangkan proses berubahnya panas menjadi tegangan dikarenakan di dalam LM35 ini terdapat termistor berjenis PTC (Positive Temperature Coefisient), yang mana termistor inilah yang menangkap adanya perubahan panas. Prinsip kerja dari PTC ini adalah nilai resistansinya akan meningkat seiring dengan meningkatnya temperature suhu. Resistansi yang semakin besar tersebut akan menyebabkan tegangan output yang dihasilkan semakin besar. 2.2 Penguat Non Inverting



Gambar 3. Penguat Non Inverting Penguat Tak-Membalik (Non-I nverting Amplifier ) merupakan penguat sinyal dengan karakteristik dasat sinyal output yang dikuatkan memiliki fasa yang sama dengan sinyal input. Penguat tak-membalik



(non-inverting



amplifier



)



dapat



dibangun



menggunakan penguat operasional, karena penguat operasional memang didesain untuk penguat sinyal baik membalik ataupun tak membalik. Rangkain penguat tak-membalik ini dapat digunakan untuk memperkuat isyarat AC maupun DC dengan keluaran yang tetap sefase dengan sinyal inputnya. Impedansi masukan dari rangkaian penguat takmembalik (non-inverting amplifier) berharga sangat tinggi dengan nilai impedansi sekitar 100 MOhm. Contoh rangkaian dasar penguat tak-membalik menggunakan



Rangkaian diatas merupakan salah satu contoh penguat takmembalik menggunakan operasional amplifier (Op-Amp) tipe 741 dan memnggunakan sumber tegangan DC simetris. Dengan sinyal input yang diberikan pada terminal input noninverting, maka besarnya penguatan tegangan rangkaian penguat tak membalik diatas tergantung pada harga Rin dan Rf yang dipasang. Besarnya penguatan tegangan output dari rangkaian penguat tak membalik diatas dapat dituliskan dalam persamaan matematis sebagai berikut. Apabila besarnya nilai resistor Rf dan Rin rangkaian penguat tak membalik diatas sama-sama 10KOhm makabesarnya penguatan tegangan dari rangkaian penguat diatas dapat dihitung secara matematis sebagai berikut. Untuk



membuktikan



bahwa



penguat



tak-membalik



akan



menguatkan sinyal input sebesar 2 kali dengan fasa yang sama dengan sinyal input. Dapat dibuktikan dengan memberikan sinyal input berupa sinyal AC ( sinusoidal ) dan mengukurnya menggunakan oscilocope, dimana sinyal input diukur melalui chanel 1 osciloscope dan sinyal output diukur dengan chanel 2 osciloscope. Sehingga diperoleh bentuk sinyal output dan sinyal input penguat tak-membalik (non-inverting amplifier ) seperti pada gambar berikut. Bentuk Sinyal Input Dan Output Penguat Tak-Membalik (NonInverting Amplifier)



Gambar 4. Sinyal input output



Pada gambar diatas terlihat rangkaian penguat tak membalik diberikan input sinyal AC dengan tegangan 1 Vpp. Dari gambar sinyal input dan output diatas terbukti bahwa rangkaian penguat tak-membalik (non-inverting amplifier) diatas memiliki output yang tegangannya 2 (dua) kali lebih besar dari sinyal input dan memiliki fasa yang sama dengan sinyal input yang diberikan ke rangkaian penguat tak-membalik (noninverting amplifier ) tersebut. 2.3 Komperator Inverting



Gambar 4. Komperator Inverting Komparator adalah sebuah rangkaian elektronik yang berfungsi untuk membandingkan sebuah sinyal masukan dengan tegangan referensi (Vref). Asumsikan sebuah garis bilangan, dimana ada nol, anggaplah sebagai tegangan referensi atau threshold atau pembatas, jika ada bilangan yang lebih besar dari nol, maka bilangan itu disebut bilangan positif, tetapi sebaliknya, jika ada bilangan dibawah nol, maka disebut bilangan negatif. Pada komparator, threshold



berfungsi



membandingkan



sebuah



sinyal



input,



sedangkan outputnya akan memiliki dua kondisi yang berbeda, yaitu low atau high tergantung rancangan dan konfigurasi dari rangkaian op-amp yang digunakan. Ilustrasi sebuah rangkaian komparator seperti terdapat pada gambar berikut.Vref atau threshold biasanya dihitunh dari : Vref = V Sumber / 2 ; sehingga jika Vsumber = 5 volt maka Vref = ± 2,5 volt. Mode Inverting a. Sinyal input (Vin) masuk ke pin positif (+) dari op-amp, dan tegangan referensi (Vref) masuk ke pin negative (-).



b. Jika sinyal input melewati/di atas threshold (Vin > Vref), maka output akan berlogika low, dan jika sinyal input di bawah threshold (Vin < Vref), maka output berlogika high. 2.4 Transistor sebagai Saklar Pada rangkaian elektronika, transistor sering difungsikan sebagai penguat, sakelar ( switching ), dan sebagai stabilisasi tegangan (voltage). Ketika transisitor difungsikan sebagai sakelar, transistor tersebut dioperasikan pada situasi saturasi atau situasi titik sumbat (cut off ), bukan dioperasikan di sepanjang garis beban. Apabila transistor berada dalam situasi saturasi, maka transistor tersebut seperti sakelar dalam situasi tertutup, sehingga arus akan mengalir dari kolektor ke emiter. Apabila transistor berada dalam situasi terhalang (cut off ), maka transistor tersebut seperti sakelar terbuka, sehingga arus tidak akan mengalir dari kolektor ke emiter. Tetapi perlu diketahui bahwa arus basis merupakan arus yang mengontrol transistor, tanpa adanya arus basis atau arus basis sama dengan nol. Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar rangkaian sederhana berikut.



Gambar 5. Rangakain transistor sebagai saklar 2.5 SSR Solid state relay adalah relay yang elektronik, yaitu relay yang tidak menggunakan kontaktor mekanik.



Solid state relay



menggunakan kontaktor berupa komponen aktif seperti TRIAC, sehingga solid state relay dapat dikendalikan dengan tegangan rendah dan dan dapat digunakan untuk mengendalikan tegangan AC dengan voltase besar. Baik relay kontaktor biasa maupun solid



state relay (SSR) mempunyai keuntungan dan kerugian. Baik keuntungan maupun kerugian tersebut merupakan ‘trade-off’ yang harus dipilih bagi disainer sistem kontrol.



Gambar 6. SSR Penggunaan solid state relay mempunyai beberapa keuntungan yang menyebabkan solid-state relay saat ini menarik untuk digunakan pada aplikasi-aplikasi kontrol untuk beban AC daripada digunakannya relay mekanik (Electromechanical Relay, EMR), walaupun biaya sebuah solid-state relay lebih mahal daripada biaya sebuah relay mekanik biasa.



3. Alat dan Bahan : 1. Multimeter



: 1 buah



2. Probe



: 10 buah



3. Projecy Board



: 1 buah



4. IC CA3140



: 2 buah



5. Resisor 10k



: 2 buah



6. Resisor 1k



: 5 buah



7. Resistor Variabel 50 k



: 1 buah



8. Kapasitor 100uF



: 3 buah



9. Dioda Zener 5V1



: 1 buah



10. Dioda 1N4002



: 1 buah



11. Transistor BD139



: 1 buah



12. LED



: 1 buah



13. LM 35



: 1 buah



14. SSR



: 1 buah



15. Pemanas



: 1 buah



16. Kipas DC



: 1 buah



17. Relay



: 1 buah



18. Arduino UNO



: 1 buah



19. Laptop



: 1 buah



20. Sumber Tegangan AC dan DC



: 1 buah



21. Kabel jumper



: secukupnya



4. Pelaksanaan Percobaan : 4.1.



Gambar Rangkaian :



Gambar 7. Gambar Rangkaian 4.2.



Cara Kerja Rangkaian : Sensor suhu LM35 memiliki spesifikasi 10mV/ ̊ C artinya setiap perubahan 1 ̊ C, tegangan yang dihasilkan oleh sensor suhu sebesar 10mV. Perubahan tegangan yang sangat kecil ini kemudian dikuatkan sebesar 5x menggunakan Op-Amp Amplifier untuk mempermudah dalam permbacaan tegangan dan proses comparasi. Penguatan diperoleh dari perbandingan nilai resistor yaitu: Tegangan yang dihasilkan kemudian dibandingkan dengan Vref sesuai Set Point yang diinginkan. Vref diperoleh dari : Berikut tabel set point dan Vref :



Set Poin



Vos (v)



40



2



50



2,5



60



3



70



3,5



80



4



Saat kondisi suhu dibawah Set Point, pemanas akan ON dan kipas akan Off Saat kondisi suhu diatas atau sama dengan Set Point, pemanas akan OFF dan kipas akan ON. 4.3.



Langkah Percobaan : 1.



Merangkai komponen sesuai gambar rangkaian.



2.



Menghubungkan rangkaian pada sumber tegangan.



3.



Mengukur tegangan yang dihasilkan oleh rangkaian penguat pada suhu ruangan 30 ̊ C. Jika tegangan yang dihasilkan sebesar 1,5V maka rangkaian penguat sesuai dan bekerja dengan baik.



4. Mengatur Set Point pada suhu 40 ̊ C dengan Vref = 2V. 5. Mengamati gelombang yang dihasilkan pada oscilloscope. 6.



Melakukan langkah percobaan ke 4 dan 5 dengan Set Point 50 ̊ C, 60 ̊ C dan 70 ̊ C.



5. Hasil Percobaan: SP (°c) 40



Vos (v) 2



Vout



1 84 167 250 333 416 499 582 665 748 831 914 997 1080 1163 1246 1329 1412 1495 1578 1661



4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0



1 160 319 478 637 796 955 1114 1273 1432 1591 1 110 219 328 437 546 655 764 873 982 1091 1200 1309 1418 1527 1636



Axis Title 1 162 323 484 645 806 967 1128 1289 1450 1611 1772



48



46



44



42



40 temp TA



38 temp sp



36



34



SP (°c) Vos (v)



50 2,5



Vout



4



3



2



1



0



70



60



50



40



30



temp_TA



20



temp_SP



10



0



1 91 181 271 361 451 541 631 721 811 901 991 1081 1171



1 85 169 253 337 421 505 589 673 757 841 925 1009 1093 1177



SP (°c) Vos (v)



60



SP (°c)



70



3



Vout



4



3



2



1 Vout



0



64



62



60



58



56 temp TA



54 temp SP



52



50



Vos (v)



3,5



1 168 335 502 669 836 1003 1170 1337 1504 1671 1838 2005 2172 2339



1 114 227 340 453 566 679 792 905 1018 1131 1244 1357 1470 1 106 211 316 421 526 631 736 841 946 1051 1156 1261 1366 1471



Vout



4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 Vout



72



70



68



66 temp TA



64 temp SP



62



60



SP (°c)



80 Vos (v) 4



Vout



4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0



Vout



84



82 80 78 76



temp TA



74



temp SP



72 70 68



1 168 335 502 669 836 1003 1170 1337 1504 1671 1838 2005 2172 2339



66



\



6. Pembahasan: Berdasarkan hasil yang diperoleh, gelombang menunjukkan kendali ONOFF pemanas dan kipas. Saat gelombang berada dibawah set point, pemanas akan ON dan kipas akan OFF. Saat gelombang berada diatas atau sama dengan set point, pemanas akan OFF dan kipas angin akan ON. Sedangkan waktu yang diperoleh adalah linier. Dengan menggunakan kendali ON-OFF maka akan sulit untuk mendapatkan tegangan yang sesuai dengan set point. 7. Kesimpulan : 1. Penguatan diperoleh dari perbandingan R2 dan R1. 2. Penguatan diperlukan untuk mempermudah pembacaan dan proses comparasi. 3. Untuk menghasilkan kendali ON/OFF digunakan Op Amp sebagai comparator. 4. Kipas digunakan sebagai penstabil suhu sehingga suhu tetap berada di sekitar set point



DAFTAR PUSTAKA http://kl801.ilearning.me/2015/05/21/penjelasan-tentang-lm35/ http://elektronika-dasar.web.id/transistor-sebagai-saklar/ https://depokinstruments.com/2016/03/01/op-amp-non-inverting-amplifier/