74621_JOB 1 - Kendali Pemanas

Laporan Praktikum

Laboratorium Sistem Kendali Kontinyu II JOB 01 Kendali Pemanas

Disusun oleh: Irvan Maulana Muhammad Kevin Mubarok Rizqy Budiharnanto Verdian Bagus Saputra

3.32.15.2.09 3.32.15.2.12 3.32.15.2.18 3.32.15.2.21

Dosen: Bambang Supriyo, BSEE, M.Eng.Sc.

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI SEMARANG 2017

Lab. Sistem Kendali Kontinyu

1

BIODATA Foto

Nama

NIM

Irvan Maulana

3.32.15.2.09

Muhammad Kevin Mubarok

3.32.15.2.12

Rizqy Budiharnanto

33.32.15.2.18

Verdian Bagus Saputra

3.32.15.2.21

JOB-01Kendali Pemanas


2

Proyek - 01 Kendali Pemanas 1. Tujuan

Tujuan dari percobaan ini praktikan dapat : 1. Mahasiswa dapat mengetahui spesifikasi sensor suhu. 2. Mahasiswa dapat mengetahui cara kerja pengkondisian sinyal Op-Amp. 3. Mahasiswa dapat mengetahui cara kerja Op-Amp Comparator. 4. Mahasiswa dapat mengetahui grafik kerja sensor suhu dan pemanas. 2. Dasar Teori

2.1. SensorSuhu Sensor LM35 bekerja dengan cara 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 heati ng) kurang dari 0,1°C, dan juga dapat dioperasikan 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 tegangan keluaran linear terhadap perubahan suhu. Sensor ini berfungsi sebagai pegubah dari besaran fisis suhu ke besaran tegangan yang memiliki koefisien sebesar 10 mV /°C yang berarti bahwa kenaikan suhu 1° C sama artinya terjadi kenaikan tegangan sebesar 10 mV. IC LM 35 tidak memerlukan pengkalibrasian atau penyetelan dari luar karena ketelitiannya hingga kurang lebih seperempat derajat celcius pada suhu ruangan. Jangka sensor mulai dari – 55°C sampai dengan 150°C. Penggunaan IC LM35 dapat dikatakan sangat mudah, dapat dialiri arus sebesar 60 μ A dari supply sehingga panas yang ditimbulkan sendiri sangat rendah, kurang dari 0 ° C di dalam suhu ruangan.

; JOB-01Kendali Pemanas


3

Adapun keistimewaan dari IC LM 35 adalah :

Ø Kalibrasi dalam satuan derajat celcius. Ø Lineritas +10 mV/ º C. Ø Akurasi 0,5 º C pada suhu ruangan. Ø Range +2 º C – 150 º C. Ø Dioperasikan pada catu daya 4 V – 30 V. Ø Arus yang mengalir kurang dari 60 μ A

Cara Kerja Sensor LM35

Dalam prakteknya, proses antarmuka sensor LM35 dapat dikata sangat mudah. Pada IC sensor LM35 ini terdapat tiga buah pin kaki yaitu 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 sesuai dengan suhu yang diterima dari suhu sekitar.

Gambar 2. Rangkaian Dasar LM35



4

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 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 input nya. Impedansi masukan dari rangkaian penguat tak-membalik (non-inverting amplifier) berharga sangat tinggi dengan nilai impedansi sekitar 100 MOhm. Contoh rangkaian dasar penguat tak-membalik menggunakan operasional amplifier (Op-Amp) dapat dilihat pada gambar berikut. R angkaian Penguat Tak-Membalik (Non-Inverting Amplifier)



5

Rangkaian diatas merupakan salah satu contoh penguat tak-membalik 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 I nput Dan Output Penguat Tak-Membalik (Non-Inverting Amplifier)

Pada gambar diatas terlihat rangkaian penguat tak membalik diberikan inpul 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 (non-inverting amplifier ) tersebut. JOB-01Kendali Pemanas


6

2.3. Komparator 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 output nya 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 o

Sinyal input (Vin) masuk ke pin positif (+) dari op-amp, dan tegangan referensi (Vref) masuk ke pin negative (-).

o

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 JOB-01Kendali Pemanas


7

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 2.7 Rangakain sederhana transistor sebagai sakelar 2.5. SSR

Solid staterelay 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 solid state relay Diagram Solid - State Relay (SSR)

Diagram Blok Solid State Relay JOB-01Kendali Pemanas


8

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. Prinsip Kerja Solid State R elay

Proses Kerja Solid-State Relay 3. Alat dan Bahan:

1.

AVO Meter

: 1 buah

2.

Probe

: 10 buah

3.

Project Board

: 1 buah

4.

IC CA3140

: 2 buah

5.

Resistor 1 k

: 5 buah

6.

Resistor Variabel 50 k

: 1 buah

7.

Kapasitor 100 u

: 3 buah

8.

Dioda Zener 5V1

: 2 buah

9.

Transistor BD 139

: 1 buah

10.

LED

: 2 buah

11.

LM 35

: 1 buah

12.

SSR

: 1 buah

13.

Pemanas

: 1 buah

14.

Kipas DC 12V

: 1 buah

15.

Arduino Uno R3

: 1 buah

16.

Komputer/Laptop

: 1 buah

17.

Sumber Tegangan AC dan DC

: 1 buah

18.

Kabel Jumper

: secukupnya JOB-01Kendali Pemanas


9

4. Langkah Kerja 4.1 Gambar Rangkaian

4.2 Cara Kerja Rangkaian

Sensor suhu LM35 memiliki spesifikasi 10mV/ ̊C yang artinya setiap perubahan adalah 1 ̊C, tegangan yang dihasilkan oleh sensor suhu sebesar 10mV. Perubahan tegangan yang sangat kecil ini kemudian dikuatkan sebesar 5x menggunakan OpAmp untuk mempermudah dalam pembacaan tegangan dan proses komparasi. Penguatan diperoleh dari perbandingan nilai resistor yaitu:

 = 1 + =1+ =

2 1 40 10

5

Tegangan yang dihasilkan kemudian dibandingkan dengan Vref sesuai Set Point yang diinginkan. Vref diperoleh dari :

 =   5



10

Berikut tabel set point dan Vref :



Set Point [ ̊C]

Vref [V]

50

2,5

60

3

70

3,5

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-langkah percobaan

1. Rangkailah komponen sesuai pada gambar rangkaian. 2. Hubungkan Arduino dengan rangkaian 3. Hubungkan rangkaian pada sumber tegangan. 4. Ukurlah tegangan yang dihasilkan oleh rangkaian penguat pada suhu ruangan 30 ̊ menggunakan alat ukur tegangan dan pemantauan melalui Matlab C. Jika tegangan yang dihasilkan sebesar 1,5V maka rangkaian penguat sesuai dan bekerja dengan baik. 5. Atur Set Point pada suhu 50 ̊C dengan Vref = 2,5V. 6. Amati gelombang yang dihasilkan pada oscilloscope. 7. Ulangi langkah percobaan ke 4 dan 5 dengan Set Point 60 ̊ C dan 70 ̊C.



11

4.4 Hasil Percobaan 4.4.1

Gelombang dengan Set Point 50 C ̊

50 DERAJAT 600

500

400

300

200

100

0 0

1000

2000

3000 TA

TSP

4000

5000

6000

TIME



4.4.2

12


60 DERAJAT 600

500

400

300

200

100

0 0

1000

2000

3000 TA

TSP

4000

5000

6000

TIME



4.4.3

13


70 DERAJAT 600

500

400

300

200

100

0 0

1000

2000

3000

TA

TSP

4000

5000

6000

TIME



14

4.5 Pembahasan

Berdasarkan hasil yang diperoleh, gelombang menunjukkan kendali ON-OFF pemanas dan kipas. Saat gelombang berada dibawah set point, pemanas akan ON dan kipas akan OFF. Lalu 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 tepat dengan set point.

4.6 Kesimpulan

1. Penguatan diperoleh dari perbandingan R1 dengan R2. 2. Penguatan penting untuk mempermudah pembacaan dan proses perbandingan. 3. Untuk menghasilkan kendali ON/OFF, Op Amp berfungsi sebagai comparator.


74621_JOB 1 - Kendali Pemanas

Recommend Documents