Laporan 4 Kendali Pemanas On Off.docx

LAPORAN LABORATORIUM SISTEM KENDALI KONTINU

KENDALI PEMANAS ON/OFF

Dosen Pengampu : Bambang Supriyo, BSSE,MengSe,PhD

1. 2. 3. 4.

Disusun Oleh : Hapril Arief Pradana EK-3A Nur Afni Jihan Nabilah EK-3A Rezananta D. Arfiandi EK-3A Titania Ropiawati EK-3A

3.32.16.0.09 3.32.16.0.17 3.32.16.0.19 3.32.16.0.21

Tanggal Praktek : 15 Oktober 2018 Tanggal Laporan : 11 Januari 2019

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI SEMARANG 2018

FOTO

NAMA

Hapril Arief Pradana

Nur Afni Jihan N

Rezananta Diky Arfiandi

Titania Ropiawati

TANDA TANGAN

No. Percobaan : 4 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 takmembalik (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: Percobaan 1 SP (°c) 40

Vos (v) 2

2.5 2 1.5 1 0.5 0

1 194 387 580 773 966 1159 1352 1545 1738 1931 2124 2317 2510 2703 2896 3089 3282 3475 3668 3861 4054 4247 4440 4633 4826

1.

Gambar 1.V Out

1 159 317 475 633 791 949 1107 1265 1423 1581 1739 1897 2055 2213 2371 2529 2687 2845 1 178 355 532 709 886 1063 1240 1417 1594 1771 1948 2125 2302 2479 2656 2833

1 202 403 604 805 1006 1207 1408 1609 1810 2011 2212 2413 2614 2815 3016 3217 3418 3619 3820 4021 4222 4423 4624 4825

70

60

50

40

30

20

10

0

Temp TA

SP (°c)

50 Temp SP

Gambar 2.Temp TA & Temp SP

2. Percobaan 2

Vos (v)

2,5

Gambar 3.V Out

3

2.5

2

1.5

1 Vout

0.5

0

56

54

52

50

48

TA

46

SP

44

42

Gambar 4.Temp TA & Temp SP

3. Percobaan 3 SP (°c)

Vos (v)

60

3

3.5 3 2.5 2 1.5

Vout

1 0.5

1 149 297 445 593 741 889 1037 1185 1333 1481 1629 1777 1925 2073 2221 2369

0

Gambar 5.V Out 64 62 60 58

Ta

56

SP

54

1 133 265 397 529 661 793 925 1057 1189 1321 1453 1585 1717 1849 1981 2113 2245 2377

52

Gambar 6.Temp TA & Temp SP

4. Percobaan 4 SP (°c) 70

Vos (v) 3,5

1 296 591 886 1181 1476 1771 2066 2361 2656 2951 3246 3541 3836 4131 4426 4721

1 159 317 475 633 791 949 1107 1265 1423 1581 1739 1897 2055 2213 2371 2529 2687 2845 1 189 377 565 753 941 1129 1317 1505 1693 1881 2069 2257 2445 2633 2821

4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 Vout

Gambar 7. V Out

74

72

70

68 Ta

66

64 Sp

62

Gambar 8.Temp TA & Temp SP

5. Percobaan 5

SP (°c)

80 Vos (v)

4

100

80

60

40 Ta

20

SP

0

Gambar 9.Temp TA & Temp SP

4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0

1 279 557 835 1113 1391 1669 1947 2225 2503 2781 3059 3337 3615 3893 4171 4449 4727

Vout

Gambar 10.VOut 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.

Dari data diatas 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/