LAPORAN TUGAS AKHIR. Design and Construct of Temperature Instrument Using Thermistor

   

LAPORAN TUGAS AKHIR

   

RANCANG BANGUN ALAT UKUR TEMPERATUR  

MENGGUNAKAN THERMISTOR

Laporan tugas akhir ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat menyelesaikan  

 

Design and Construct of Temperature Instrument

 

Using Thermistor  

Laporan Ini Disusun Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Menyelesaikan Pendidikan  

Diploma III Jurusan Teknik Konversi Energi  

Oleh :

Dhea Riska Triselly

091711009

JURUSAN TEKNIK KONVERSI ENERGI POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2012

 

                     

ii  

   

 

LEMBAR PERSEMBAHAN

  suatu aib jika kamu gagal dalam suatu usaha, yang merupakan aib adalah Bukanlah jika kamu tidak bangkit dari kegagalan itu (Ali bin Abu Thalib)   paling menyakitkan siksanya di hari kiamat adalah orang yang punya ilmu Orang yang tapi Allah tidak mengizinkan memanfaatkan ilmunya (al-hadist)  

  Allah itu Maha Kasih Sayang Allah Maha Adil dan Maha Penerima Taubat.

Allah tidak pernah dan tidak akan pernah berlaku dzalim, Allah juga bukan pendendam. Allah senang kepada hamba-hambaNya yang tidak pernah putus asa untuk memperoleh rahmat dan   hidayahNya. Allah senang kepada mereka yang senantiasa punya harapan untuk hidup   yang lebih baik dimasa yang akan datang.

 

 

TUHAN,,,,,,,, Ampunilah hamba yang hina dan penuh dosa ini Do’aku pada Mu ya Allah,,,, Tengadah aku menanti rido Mu dan lindungan Mu dalam perjalanan ku ini. Semoga perlindungan Mu meridoiku Amiiiiiin

Kupersembahkan karya kecil ini kepada : Ibuku tercinta, dan tersayang Ayahanda tersayang Doa tulus kepada ananda seperti air dan tak pernah berhenti yang terus mengalir, pengorbanan, motivasi, kesabaran, ketabahan dan tetes air matamu yang terlalu mustahil untuk dinilai, engkaulah sebaik – baik panutan meski tidak selalu sempurna “Terbayang satu wajah penuh cinta, penuh kasih. Terbayang satu wajah penuh dengan kehangatatan. Oh Ibu...” Terima Kasih Ibu... Kakakku Tersayang Kebersamaan, dukungan, doa, kasih sayang, dan perhatianmu padaku, maafkan jika adikmu selalu merepotkanmu, semoga engkau selalu jadi yang terbaik

iii  

   

DAFTAR RIWAYAT HIDUP

                 

Nama

: Dhea Riska Triselly

Jenis Kelamin

: Perempuan

Tempat, tanggal lahir

: Cimahi, 24 Oktober 1990

Agama

: Islam

Alamat

: Jl.Kolmasturi No.6 Cisarua-Cimahi 40551

Telepon (HP)

: 085759160871

Email

: [email protected]

RIWAYAT PENDIDIKAN 1. Politeknik Negeri Bandung Jurusan Teknik Konversi Energi 2009 – 2012 2. SMK Negeri 1 Cimahi 2005 – 2009 3. SMP Negeri 1 Cisarua 2002 – 2005 4. SDN Jambudipa 1 2002 – 1996

iv  

   

KATA PENGANTAR

   

Puji syukur kepada pemilik semesta dimana segala urusan berada dalam kekuasaan-

Nya. Atas izin-Nya penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini yang berjudul  

“RANCANG

BANGUN

ALAT

UKUR

TEMPERATUR

MENGGUNAKAN

 

THERMISTOR”.  

Laporan tugas akhir ini diajukan untuk memenuhi salah satu syarat menyelesaikan

pendidikan Diploma III program studi Teknik Konversi Energi di Jurusan Teknik Konversi   Energi Politeknik Negeri Bandung. Penulis menyadari dalam penyusunan laporan ini terdapat   banyak kekurangan sehingga masih jauh dari yang diharapkan. Hal tersebut karena  

keterbatasan yang dimiliki penulis baik dari keterbatasan waktu maupun keterbatasan   pengetahuan. Karena itu penulis mengharapkan kerendahan hati apabila terdapat kekeliruan

di dalam penyusunan laporan ini sehingga perbaikan berupa saran dan kritik akan menjadi sebuah masukan yang berharga untuk menyempurnakan karya tulis ini. Semoga penulisan laporan ini dapat membawa manfaat dalam menambah wawasan dan keterampilan dalam merancang tranduser temperatur yang menggunakan sensor termistor khususnya bagi penulis dan umumnya bagi mereka yang membutuhkan referensi dibidang tersebut. Selain itu, laporan ini diharapkan dapat menambah dan melengkapi perbendaharaan karya tulis yang bermanfaat bagi pembaca.

Bandung, Juli 2012 Penulis

v  

   

UCAPAN TERIMA KASIH

   

Dengan segala keterbatasan, penulis hanya dapat menyampaikan ucapan terima kasih

kepada pihak yang mempunyai peran dalam pembuatan laporan ini. Ucapan terima kasih  

penulis disampaikan kepada :   1. Allah SWT atas segala rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan  

Tugas Akhir ini dengan baik.

2. Ibu dan Ayah yang telah memberikan amanat, kepercayaan, dan dukungan yang tidak ada  

hentinya serta doa yang selalu tercurah pada penulis sehingga penulis dapat lebih baik.  

3. Kakak yaitu Irvan dan Renza yang telah memberikan semangat dan dukungan tiada henti   kepada penulis.

4.   Jurusan Teknik Konversi Energi meliputi Kepala Jurusan Bapak Aceng Daud, Kepala Program Studi ibu Sri Wuryanti, Sekertaris Jurusan Bapak Arya Wulung, staf dosen, dan staf jurusan lainnya. 5. Bapak Wahyu selaku pembimbing yang telah memberikan ilmu dan kepercayaan dalam pengerjaan Tugas Akhir ini. Semoga di masa mendatang penulis dapat memberikan sesuatu sebagai tanda terima kasih yang sebesar-besarnya. 6. Tim penguji yaitu Bapak Mardiyanto dan Ibu Sri Utami yang telah memberikan saran bagi kemajuan Tugas Akhir ini. 7. Bapak Teguh selaku koordinator Tugas Akhir. 8. Bapak Agus selaku teknisi Lab. Atas yang telah membantu penulis dalam mengerjakan TA ini. 9. Mang Dedi yang telah memberikan ilmu, saran dan waktu pada saat pengerjaan Tugas Akhir. 10. Rekan-rekan seperjuangan Nazwa, Dirman, Mahayu, Ryan, Sinta dan Vini yang telah berjuang bersama-sama hingga terselesaikannya Tugas Akhir ini. 11. Untuk seluruh rekan-rekan jurusan Teknik Konversi Energi, terima kasih atas dukungan dan kerjasamanya. Penulis tidak akan pernah melupakan kenangan suka dan duka yang telah dialami bersama hingga akhir semester mencapai gelar Diploma. 12. Serta untuk semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu yang telah memberikan doa dan dorongan serta saran dan kritiknya.

vi  

   

ABSTRAK

 

Alat ukur ini dibuat dengan menggunakan sensor termistor yang memiliki koefisien negatif atau NTC( Negatif Temperature Coefficien). Termistor memiliki karakteristik yang tidak   linier. Dengan karakteristik yang tidak linier dilakukan metode linierisasi menggunakan metode rangkaian paralel. Tranduser temperatur ini memiliki batas pengukuran dari 20°C   hingga 50°C agar pada saat pengukuran mudah dilakukan, dikarenakan rangkaian ini ditujukan untuk modul praktikum. Tranduser ini membutuhkan sebuah rangkaian   pengkondisi sinyal agar tegangan keluarannya berkisar pada 0 Volt hingga 5 Volt. Tegangan   yang keluar dari pengkondisi sinyal kemudian diubah ke dalam sinyal frekuensi dengan menggunakan konverter tegangan ke frekuensi. Frekuensi yang keluar dari konverter   tegangan ke frekuensi kemudian diubah kembali menjadi sinyal berupa tegangan dengan menggunakan konverter frekuensi ke tegangan. Tujuan dari pembuatan konverter ini yaitu   sebagai modul untuk praktikum teknik pengukuran. Sensor termistor yang digunakan memiliki tahanan sebesar 729 Ω hingga 532 Ω pada range pengukuran 20°C hingga 50°C.   Tegangan keluaran dari rangkaian sensor sebesar 4.04 Volt hingga 2.78 Volt pada pengukuran 20°C hingga 50°C. Tegangan keluaran rangkaian zero and span sebesar 0 Volt   pada saat 20°C dan 5 Volt pada saat 50°C. Frekuensi keluaran rangkaian konverter tegangan ke frekuensi sebesar 0 KHz pada saat 0 V dan 5 KHz pada saat 5 V. Tegangan keluaran rangkaian konverter frekuensi ke tegangan sebesar 0 Volt pada saat 0KHz dan 5 Volt pada saat 5 KHz.

vii  

   

ABSTRACT

 

The instrument is made using a sensor thermistor that has a negative coefficient or NTC (Negatif Temperature Coefficien). The characteristic of thermistor is not linear. With that   characteristic, thermistor need linearization using a shunt resistance method. Temperature transducer has a measurement range from 20°C to 50°C so that measurement easy to do,   because this circuit is intended for laboratory modul. This transducer requires a circuit output signal   conditioner for voltage ranges at 0 Volt to 5 Volt. Voltage from the signal conditioner then turned into frequency signal using voltage to frequency converter.   Frequency from the voltage to frequency converter then turned into voltage signal using frequency to voltage converter. Purpose of construction this converters is a modul for   practice of measurement technic. This transducer requires a circuit output signal conditioner for voltage ranges at 0 Volt to 5 Volt. This thermistor has resistance 729 Ω to 532 Ω at   measurement 20°C to 50°C. The output voltage from sensor circuit is 4.04 V to 2.78 V at measurement  20°C to 50°C. The output voltage from zero and span circuit when temperatur 20°C is 0 V and 5 V at 50°C. The output frequency from voltage to frequency converter circuit is 0 KHz when 0 V and 5 KHz when 5 V. The output voltage from frequency to voltage   circuit is 0 V when 0 KHz and 5 V when 5 KHz.

viii  

   

DAFTAR ISI

 

KATA PENGANTAR.......................................................................................................... iii  

UCAPAN TERIMA KASIH ................................................................................................ iv   ABSTRAK............................................................................................................................ v

DAFTAR ISI   ...................................................................................................................... vii DAFTAR GAMBAR ........................................................................................................... ix  

DAFTAR TABEL ................................................................................................................ xi  

BAB I PENDAHULUAN ..................................................................................................... 1 1.1 Latar  Belakang ............................................................................................................ 1 1.2 Tujuan   ........................................................................................................................ 2  

1.2.1 Tujuan Umum ...................................................................................................... 2 1.2.2 Tujuan Khusus ..................................................................................................... 2 1.3 Rumusan Masalah ....................................................................................................... 2 1.4 Batasan Masalah ......................................................................................................... 2 1.5 Metodologi ................................................................................................................. 3 1.6 Sistematika Penulisan Laporan .................................................................................... 3

BAB II LANDASAN TEORI ................................................................................................ 5 2.1 Sensor/Tranduser ........................................................................................................ 5 2.2 Thermistor ................................................................................................................... 6 2.2.1 Karakteristik temperatur-tahanan .......................................................................... 7 2.3 Linearisasi ................................................................................................................... 8 2.4 Penguat Operasional .................................................................................................... 8 2.4.1 Inverting Amplifier................................................................................................ 8 2.4.2 Non-Inverting Amplifier ....................................................................................... 9 2.5 Pengubah Span dan Zero ........................................................................................... 10 2.6 Rangkaian Catu Daya ................................................................................................ 10 2.7 Rangkaian Konverter Voltage To Frekuensi .............................................................. 11 2.8 Rangkaian Konverter Frekuensi To Voltage ............................................................... 12 BAB III PERANCANGAN ALAT...................................................................................... 15 3.1 Pengertian Perancangan ............................................................................................. 15 3.2 Tujuan Perancangan .................................................................................................. 15 3.3 Perancangan Alat ...................................................................................................... 15 3.3.1 Spesifikasi Alat ................................................................................................... 17 ix  

    3.4 Perancangan Rangkaian ............................................................................................. 17

3.4.1 Perancangan Rangkaian Catu Daya ..................................................................... 17    

3.4.2 Perancangan Rangkaian Sensor Temperatur ........................................................ 18 3.4.3 Rangkaian Pengkondisi Sinyal/Zero and Span .................................................... 18  

3.4.4 Pengubah Tegangan ke Frekuensi ....................................................................... 19   3.4.5 Pengubah Frekuensi ke Tegangan ....................................................................... 20

BAB IV PENGUJIAN, DATA DAN ANALISIS ................................................................ 21    

4.1 Tujuan Pengujian....................................................................................................... 21 4.2 Metode Pengujian ...................................................................................................... 21  

4.3 Pengujian Alat ........................................................................................................... 21   4.3.1 Rangkaian Power Supply .................................................................................... 22  

4.3.2 Rangkaian Linearisasi Termistor ......................................................................... 22 4.3.3 Rangkaian Pengkondisi Sinyal ............................................................................ 24 4.3.4 Rangkaian Konverter V to f ............................................................................... 25 4.3.5 Rangkaian Konverter f to V ............................................................................... 25 4.4 Data dan Analisis Pengujian ...................................................................................... 26 4.4.1 Pengujian Rangkaian Termistor .......................................................................... 26 4.4.2 Pengujian Rangkaian Zero and Span ................................................................... 29 4.4.3 Pengujian Rangkaian Konverter V to f ................................................................ 32 4.4.4 Pengujian Rangkaian Konverter f to V ................................................................ 38

BAB V PENUTUP.............................................................................................................. 44 5.1 Simpulan ................................................................................................................... 44 5.2 Saran ......................................................................................................................... 44 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................................ 45 LAMPIRAN ....................................................................................................................... 46

x  

   

DAFTAR GAMBAR

 

Gambar 2.1 Karakteristik Thermistor (P/NTC) ...................................................................... 6   Gambar 2.2 Karakteristik temperatur – tahanan ..................................................................... 7  

Gambar 2.3 Karakteristik R/T menggunakan rangkaian paralel ............................................. 8  

Gambar 2.4 Rangkaian Inverting Amplifier ........................................................................... 9   Gambar 2.5 Rangkain Non-Inverting Amplifier ..................................................................... 9

Gambar 2.6 Inverting Summer............................................................................................. 10   Gambar 2.7  Kurva alih rangkaian span and zero converter .................................................. 10 Gambar 2.8 Diagram blok dasar pengubah tegangan ke frekuensi ....................................... 11  

Gambar 2.9 Operasi dan bentuk gelombang pada pengubah tegangan ke frekuensi .............. 12  

Gambar 2.10 a. Diagram blok pengkonversi frekuensi ke tegangan ..................................... 12 Gambar 2.10 b. Bentuk gelombang ..................................................................................... 12 Gambar 3.1 Diagram alir perancangan alat .......................................................................... 16 Gambar 3.2 Blok diagram sistem perancangan alat .............................................................. 16 Gambar 3.3 Catu daya DC simetris ..................................................................................... 17 Gambar 3.4 Rangkaian sensor suhu dengan komponen thermistor....................................... 18 Gambar 3.5 Rangkaian Span and Zero ................................................................................ 19 Gambar 3.6 Rangkaian Voltage to Frekuensi dengan LM 331 ............................................. 19 Gambar 3.7 Rangkaian frekuensi to voltage dengan LM 331 ............................................... 20 Gambar 4.1 (a) Power supply .............................................................................................. 21 Gambar 4.1 (b) Modul sensor, zero and span, konverter v to f dan konverter f to v ............. 21 Gambar 4.2 Power supply DC Simetris ............................................................................... 22 Gambar 4.3 Rangkaian Linearisasi Termistor ...................................................................... 23 Gambar 4.4 (a) Pengukuran resistansi NTC ......................................................................... 23 Gambar 4.4 (b) Pengukuran Vout rangkaian NTC ............................................................... 23 Gambar 4.5 Rangkaian pengkondisi sinyal /span and zero .................................................. 24 Gambar 4.6 Rangkaian konverter V to f .............................................................................. 25 Gambar 4.7 Rangkaian konverter f to V .............................................................................. 25 Gambar 4.8 Karakteristik termistor NTC ............................................................................. 27 Gambar 4.9 Karakteristik termistor NTC dengan linearisasi ................................................ 28 Gambar 4.10 Karakteristik suhu terhadap tegangan pada rangkaian sensor .......................... 28 Gambar 4.11 Karakteristik suhu terhadap tegangan zero and span....................................... 31 xi  

 

Gambar 4.12  Karakteristik tegangan sensor terhadap zero and span .................................... 32 Gambar 4.13  Karakteristik tegangan terhadap frekuensi pada v to f ..................................... 37 Gambar 4.14 Karakteristik suhu terhadap frekuensi pada v to f ........................................... 37  

Gambar 4.15 Karakteristik frekuensi terhadap tegangan pada f to v ..................................... 43  

Gambar 4.16 Karakteristik suhu terhadap tegangan pada f to v ............................................ 43            

xii  

   

DAFTAR TABEL

 

Tabel 2.1 Tabel perbandingan kelebihan dan kekurangan sensor suhu ................................... 5   Tabel 4.1 Data Pengujian Termistor .................................................................................... 26  

Tabel 4.2 Data Pengujian Rangkaian Zero and Span ........................................................... 29  

Tabel 4.3 Data Pengujian Rangkaian Konverter V to f ........................................................ 33   Tabel 4.4 Data Pengujian Rangkaian Konverter f to V ........................................................ 38        

xiii  

   

DAFTAR PUSTAKA

 

Areny, Ramon Pallas. dan John G. Webster. 1991.Sensors And Signal Conditioning. Amerika  

Serikat: John Wiley & Sons, Inc.  

Jacob, J.Michael. 1988. Industrial Control Electronic Application and Design. New Jersey :  

Prentice Hall.  

Mardiyanto, Ignatius R.,dkk. 2009. Instrumentasi dan Pengukuran. Bandung : Polban.   Scribd (Diakses tanggal 4 Januari 2012) “Pengenalan Instrumentasi”

http://www.scribd.com/doc/59351003/Pengenalan-Instrumentasi   Scribd (Diakses tanggal 4 Januari 2012) “Alat Ukur Temperatur”  

http://www.scribd.com/doc/56123524/22/Alat-Ukur-Temperatur  

Blog (Diakses tanggal 4 Januari 2012) “Rangkaian Alarm Sensor Suhu” http://meriwardana.blogspot.com/2011/11/rangkaian-alarm-sensor-suhu-.html Web (Diakses tanggal 4 Januari 2012) http://www.maxim-ic.com/ www.alldatasheet.com

46